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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen kontinuierlicher
Bahnen oder diskreter Flächengebilde
und genauer zum Trennen kontinuierlicher Bahnen oder diskreter Flächengebilde,
die eine relativ hohe Bruchdehnung aufweisen und/oder hohe Bruchenergie
erfordern (z.B. Polypropylen, NYLON, PET) und die oft bei der Herstellung
von Einwegabsorptionsartikeln verwendet werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Rotations-Vorrichtungen
wie rotierende Schneiden und flexible Klingen sind auf dem Fachgebiet
des Trennens von Bahnmaterialien – einschließlich kontinuierlicher Bahnen
oder diskreter Flächengebilde – die im
Allgemeinen bei der Herstellung von Einwegabsorptionsartikeln sowie
bei anderen Verfahren verwendet werden, in denen solche Materialien
genutzt werden, gut bekannt. Rotations-Vorrichtungen beinhalten
gewöhnlich
die Verwendung von gegenläufig
rotierenden Walzen, von denen eine ein oder mehrere Trennwerkzeuge – wie Schneiden
oder flexible Klingen – aufweisen
kann und eine andere Walze als ein Amboss dienen kann, gegen welchen das
Material unter eine Kompressionskraft von dem Werkzeug getrennt
wird.
US 4,226,150 offenbart
eine Formschneide-Walzenpresse und ein Mittel zum Einstellen der
Zwischenräume
zwischen der Achse der Ambosswalze und der Schneidwalze solch einer Presse.
US 6,173,663 offenbart ein
rotierendes System zum Schneiden variabler Längen, um ein Flächengebilde
in verschiedene gewünschte
Schnittlängen
zu schneiden.
EP 312703 offenbart
eine Schneidevorrichtung, die einen Zylinder mit einer Schneideklinge
und einen Zylinder mit einer Ambossoberfläche umfasst, wobei die Vorrichtung
geeignet ist, Stücke
von einer Bahn eines Materials geringer Dichte zu schneiden. Es
wird offenbart, dass die Abstandsfläche zwischen der Klinge und
der Ambossoberfläche
durch axiales Bewegen der Zylinder zueinander eingestellt werden
kann. Die Zylinder weisen jeweils ein Paar zylindrischer Träger auf,
die miteinander in Kontakt und in einer Walzenverbindung stehen.
Diese Träger
werden verwendet, um einen konstanten Abstand zwischen den Achsen
der Schneidzylinder zu gewährleisten.
Die „Kompressionskraft" bezieht sich hierin
auf eine Last, die im Wesentlichen senkrecht auf ein Bahnmaterial
aufgebracht wird, das während
des Trennens des Bahnmaterials in einer Rotations-Rotations-Vorrichtung
zwischen einem Trennwerkzeug und einem Amboss angeordnet ist.
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Die
Rotations-Vorrichtungen, die eine oder mehrere Trennschneiden zum
Ausschneiden verschiedener Formen aus einem Bahnmaterial einsetzen,
werden im Allgemeinen als rotierende Schneiden bezeichnet. Die rotierenden
Schneiden können in
eine beliebige Richtung schneiden – eine Maschinenlaufrichtung
MD, eine Maschinenquerrichtung CD und/oder eine beliebige Zwischenrichtung
ID, welche zwischen der MD und der CD verläuft. Als Alternative werden
Rotations-Vorrichtungen, welche eine oder mehrere flexible Klingen
einsetzen, im Allgemeinen als flexible Klingenvorrichtungen bezeichnet
und sind in der Lage, im Allgemeinen in Maschinenquerrichtung zu
schneiden. (Der Ausdruck „Maschinenlaufrichtung" oder „MD" bezieht sich hierin
auf eine Führungsrichtung
des Bahnmaterials in einem Herstellungsverfahren. Der Ausdruck „Maschinenquerrichtung" oder „CD" bezieht sich auf
eine Richtung, die im Allgemeinen senkrecht zu der MD ist, und der
Ausdruck „Zwischenrichtung" oder „ID" bezieht sich auf eine
beliebige Richtung, welche zwischen der MD und der CD verläuft.)
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Während sich
die Walze dreht, wenn das Werkzeug und der Amboss aufeinander treffen,
um das Bahnmaterial zu trennen, ist die Kompressionskraft, die zwischen
dem Werkzeug und dem Amboss aufgebracht wird, ein wichtiger Faktor,
der die Qualität
und Effizienz des Betriebs beeinflusst. Dies beruht darauf, dass
die Kompressionskraft die Abnutzung des Werkzeugs und folglich die
Betriebslebensdauer des Werkzeugs beeinflusst, wodurch die Häufigkeit des
Stillstands der Rotations-Vorrichtung, der zum Wechseln oder Neupositionieren
des Werkzeugs notwenig ist, sowie die Kosten des regelmäßigen Neuschleifens
und Neuinstallierens der Vorrichtung selbst beeinflusst werden.
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Die
Menge der Kompressionskraft, welche das Schneidwerkzeug auf das
Bahnmaterial ausübt, hängt von
dem Eingriff des Werkzeugs bezüglich
der Ambossfläche
ab. Dies ist besonders für
Materialien von Bedeutung, die im Allgemeinen als „schwer-zu-schneidende
Materialien" bekannt
sind. Der Ausdruck „schwe-zu-schneidende Materialien" bezieht sich hierin
auf Polymere mit einer relativ hohen Bruchdehnung und/oder hohen
benötigten
Bruchenergie, einschließlich
solcher Materialien wie Polypropylen (PP), NYLON, Polyethylenterephthalat (PET)
und einer beliebigen Kombination davon, die in einer Folienform
oder in einer Vliesform bereitgestellt werden. Die schwer-zu-schneidenden
Materialien, die in einer Vliesform bereitgestellt werden, sind
im Allgemeinen schwieriger zu schneiden als das gleiche Polymer
in einer Folienform.
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Die
oben erwähnten
schwer-zu-schneidenden Materialien „bersten" unter der Kompressionskraft, welche
den Trennvorgang begleitet, im Allgemeinen nicht (im Gegensatz zu
den Materialien mit relativ spröden
Brucheigenschaften), sondern, wie in 1 dargestellt,
wird ein schwer-zu-schneidendes Material 50 zusammengedrückt und
zwischen einem Trennwerkzeug 52 und einer Ambossoberfläche 54 verlagert,
wodurch eine dünne
Membran 56 unter der Trennkante 58 des Trennwerkzeugs 52 gebildet
wird. Es kann sehr schwierig oder sogar unmöglich sein, die dünne Membran 56 bei
sehr hohen Kompressionskräften
zu trennen. Folglich erfordern die oben erwähnten schwer-zu-schneidenden
Materialien im Allgemeinen verhältnismäßige größere Kompressionskräfte als
die Materialien mit relativ spröden
Brucheigenschaften, was somit zu einer schnelleren Werkzeugabnutzung
führt.
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Außerdem erfordern
die schwer-zu-schneidenden Materialien im Allgemeinen eine größere Genauigkeit
bei der Einstellung des Trennwerkzeugs im Hinblick auf die Ambossoberfläche als
diejenige, die im Normalfall für
Materialien erforderlich ist, die relativ spröde Brucheigenschaften aufweisen
und folglich unter Druck „bersten" können. Sogar
relativ geringe Unterschiede bezüglich
der Einstellung des Werkzeugs im Hinblick auf die Ambossoberfläche können zu
wesentlichen Änderungen
der Kompressionskraft führen,
was wiederum die Betriebslebensdauer des Werkzeugs beeinträchtigen
kann. Die Genauigkeit des Eingriffs kann für relativ große Trennwerkzeuge sogar
noch wichtiger werden, wenn sogar eine sehr kleine Fehlausrichtung
des Werkzeugs in Bezug auf die Ambossoberfläche einen Teil des Werkzeugs übermäßigen Kräften aussetzen
kann, was zu einer beschleunigten Abnutzung oder einem schnellen
Betriebsausfall dieses Werkzeugsteils führt.
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Da
das Trennwerkzeug abnutzt und verschleißt, kann sich darüber hinaus
während
des Trennens des Bahnmaterials auch die Qualität des Trennens schrittweise
oder schnell verschlechtern. Eine allmähliche Abnutzung des Trennwerkzeugs
findet gewöhnlich
dann statt, wenn die Trennwerkzeuge aus Werkzeugstahl gefertigt
sind. Die Trennkante solch eines Werkzeugs kann allmählich verschleißen, indem
sie stumpfer wird, was folglich zu einer allmählichen Verschlechterung der
Qualität
des Trennens führt,
die jedoch zumindest zeitweise wiederhergestellt werden kann, indem
der Werkzeugeingriff neu installiert wird oder die Kompressionskraft
erhöht wird.
Eine Art und Weise zum Erhöhen
der Kompressionskraft ist das schnelle Bewegen des Trennwerkzeugs
zu dem Amboss. Jedoch erfordert das Bewegen des Werkzeugs während des
Trennvorgangs oft ein Abschalten der Rotations-Vorrichtung, was
zu einer Betriebsausfallzeit führt.
Um folglich die Zeit zwischen Abschaltvorgängen zu verlängern, werden Trennwerkzeuge
aus Werkzeugstahl anfangs gewöhnlich
derart eingestellt, dass sie eine größere Kompressionskraft bereitstellen
als die unmittelbar benötigte.
Mit Bezug auf die Fälle
eines schnellen Betriebsausfalls von Trennwerkzeugen, die aus den so
genannten „harten
Materialien" wie
Carbiden, Ke ramiken oder Cermets gefertigt sind, die gewöhnlich bedeutend
länger
halten als die Trennwerkzeuge, die aus Werkzeugstahl gefertigt sind,
und deren Trennqualität
gewöhnlich
auch länger
anhält,
fallen die Trennwerkzeuge aus „hartem
Material" gewöhnlich schnell
aus, was in der Regel zum Bruch eines Abschnitts des Werkzeugs aus „hartem
Material" und zur
Installation eines neuen Werkzeugs aus „hartem Material" führt. Folglich
führt in
beiden oben erwähnten
Beispielen der Verschleiß des
Werkzeugs aufgrund übermäßiger Kompressionskräfte zu unerwünschten
Maschinenabschaltvorgängen
und Produktionsunterbrechungen.
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Ein
wieder anderer Nachteil einer herkömmlichen Rotations-Vorrichtung
ist, dass die Vorrichtung eine andere Art der Verbindung, die einen
Spalt oder eine Interferenz einschließen kann, zwischen dem Werkzeug
und dem Amboss bei niedrigeren Drehzahlen als bei höheren Drehzahlen
erfordern kann, das heißt,
eine größere Kompressionskraft
zwischen dem Werkzeug und dem Amboss bei niedrigeren Drehzahlen
als bei höheren
Drehzahlen erforderlich ist. Folglich werden die Werkzeuge häufig für Eingriffe
eingestellt, die zum Trennen bei niedrigeren Drehzahlen geeignet
sind, um eine zufrieden stellende Trennung des Bahnmaterials während des
Maschinenanlaufens zu gewährleisten.
Jedoch kann das Trennen bei höheren
Drehzahlen (d.h., bei Produktionsgeschwindigkeiten nach dem Maschinenanlauf) mit
Eingriffen, die für
niedrigere Drehzahlen geeignet sind, zu übermäßigen Kompressionskräften zwischen
dem Werkzeug und dem Amboss während
der höheren
Drehzahlen führen.
Wiederum kann die Wirkung eine beschleunigte Abnutzung des Werkzeugs bei
den höheren
Produktionsgeschwindigkeiten sein.
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Folglich
weisen herkömmliche
Rotations-Vorrichtungen eine Anzahl negativer Eigenschaften auf,
die mit hohen Kompressionskräften zwischen
dem Trennwerkzeug und dem Amboss in Beziehung stehen, was zu verschiedenen
Betriebsmängeln
führt.
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Dementsprechend
wäre es
wünschenswert, eine
Rotations-Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile von
herkömmlichen
Rotations-Vorrichtungen überwindet.
Insbesondere wäre
es wünschenswert,
eine Rotations-Vorrichtung bereitzustellen, welche die Trennung
der schwer-zu-schneidenden Materialien bei niedrigeren Kompressionskräften zwischen
dem Trennwerkzeug und dem Amboss bewirkt.
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In
der Folgezeit ist von den Anmeldern überraschend herausgefunden
worden, dass, wenn ein Drehzahlverhältnis, das heißt, ein
Verhältnis
zwischen einer linearen Ambossoberflächengeschwindigkeit und einer
Trennkante der linearen Trennwerkzeuggeschwindigkeit des gegenläufig rotierenden Trennwerkzeugs
und der Ambossoberfläche,
im Bereich von über
etwa 1,02 bis etwa 1,25 oder von etwa 1,05 bis etwa 1,10 (wie von
den Anmeldern häufiger umgesetzt)
liegt, die Betriebseffizienz eines Trennvorgangs aufgrund dessen,
dass geringere Kompressionskräfte
als diejenigen, die normalerweise zum Trennen eines Bahnmaterials,
insbesondere der schwer-zuschneidenden Bahnmaterialien durch herkömmliche
Trennverfahren, erforderlich sind, wesentlich verbessert werden
kann.
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Zum
Beispiel stellt 2 eine Rotations-Vorrichtung 100 dar,
die von den Anmeldern zum Trennen der schwer-zu-schneidenden Materialien
entwickelt worden ist und gewerblich genutzt wird. Die Rotations-Vorrichtung 100 umfasst
eine Werkzeugwalze 102 und eine Ambosswalze 104.
Die Werkzeugwalze 102 umfasst ein Trennwerkzeug 106 mit
einer Trennkante 108. Die Ambosswalze 110 umfasst
eine Ambossoberfläche 112,
wobei die Kompressionskraft durch Einstellen des Abstands 114 zwischen
den Achsen 116 und 118 der jeweiligen Werkzeugwalzen 102 und 104 über einstellbare
Keile 120 – die
alternativ ein beliebiger Mechanismus sein können, der zum Einstellen des
Abstands 114 fähig
ist, wie zum Beispiel ein Exzenter und dergleichen –, welcher
Lager 122 und 124 von den jeweiligen Walzen 102 und 104 trennt,
festgesetzt wird. Die Rotations-Vorrichtung 100 verwendet
ein Drehzahlverhältnis
SR zwischen einer linearen Geschwindigkeit der Ambossoberfläche VA und einer
linearen Geschwindigkeit der Trennkante VS. Das Drehzahlverhältnis kann
zum Beispiel durch eine gewünschte Übersetzung
zwischen Getrieben 130 und 132 bereitgestellt
werden, die jeweils die entsprechenden Walzen 102 und 104 von
einem geeigneten Motor 134 antreiben.
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Jedoch
wurde später
von den Anwendern entdeckt, dass die Rotations-Vorrichtung 100 aufgrund
der hohen Kompressionskräfte,
die zwischen der Trennkante 108 und der Ambossoberfläche 112 aufgrund
einer möglichen
Instabilität
des Abstands 114, der sich aufgrund der unterschiedlichen
Wärmeausdehnungen
in der Werkzeugwalze 102 und der Ambosswalze 104 im
Vergleich zu den Lagern 122 und 124 und den Einstellungskeilen 120 verändern kann,
entstehen können,
im Allgemeinen auf die Verwendung des Trennwerkzeugs 106,
das aus Werkzeugstahlmaterialien, jedoch nicht aus so genannten „harten
Materialien" wie
Carbid-, Keramik- oder Cermetmaterialien gefertigt ist, beschränkt ist.
Die Änderung
des Abstands 114 kann die Kompressionskraft zwischen der
Trennkante 108 und der Ambossoberfläche 112 beeinflussen.
Wenn der Abstand 114 zum Beispiel verringert wird, erhöht sich
die Kompressionskraft. Wenngleich die Trennwerkzeuge aus den oben
aufgelisteten „harten
Materialien" wesentlich größeren Kompressionskräften standhalten
können als
ein Trennwerkzeug aus Werkzeugstahl, können die oben genannten Instabilitäten des
Abstands 114 zu Bedingungen führen, bei denen diese „harten
Materialien" für einen
schnellen Betriebsausfall anfälliger
sind.
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Folglich
wäre es
ferner wünschenswert,
eine Rotations-Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile
einer herkömmlichen
Rotations-Vorrichtung und der oben erwähnten Vorrichtung 100 überwindet.
Spezifisch wäre
es wünschenswert,
eine Rotations-Vorrichtung bereitzustellen, welche die schwer-zu-schneidenden
Materialien bei geringeren Kompressionskräften zwischen dem Werkzeug
und dem Amboss trennen kann und dazu fähig ist, Trennwerkzeuge einzusetzen,
die aus Carbiden, Keramiken, Cermets oder Werkzeugstahlmaterialien
gefertigt sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Als
Antwort auf die oben erläuterten
Probleme und Schwierigkeiten ist eine neuartige Rotations-Vorrichtung – die dazu
in der Lage ist, die schwer–zu-schneidenden Materialien
bei geringeren Kompressionskräften
zwischen dem Werkzeug und dem Amboss zu trennen, und dazu in der
Lage ist, Trennwerkzeuge einzusetzen, die aus Carbiden, Keramiken,
Cermets oder Werkzeugstahlmaterialien gefertigt sind – gefunden
worden.
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Die
Rotations-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weist eine Werkzeugwalze
auf, die dazu in der Lage ist, sich um eine Werkzeugwalzenachse
zu drehen, und mindestes ein Trennwerkzeug mit einer Trennkante,
die sich mit einem Durchmesser D1 um die Werkzeugwalzenachse mit
einer linearen Trennkantengeschwindigkeit VS drehen kann, und mindestens
einen Werkzeugträgerring,
der sich mit einem Durchmesser D3 um die Werkzeugwalzenachse drehen
kann. Die Rotations-Vorrichtung weist ferner eine Ambosswalze auf,
die im Wesentlichen parallel zu und gegenüber der Werkzeugwalze angeordnet und
dazu in der Lage ist, sich um eine Ambosswalzenachse zu drehen,
und die eine Ambossoberfläche aufweist,
die dazu in der Lage ist, sich mit einem Durchmesser D2 mit einer
linearen Ambossgeschwindigkeit VA um die Ambosswalzenachse zu drehen,
und mindestens einen Ambossträgerring, der
gegenüber
dem mindestens einen Werkzeugträgerring
angeordnet ist und der dazu in der Lage ist, sich mit einem Durchmesser
D4 um die Ambosswalzenachse zu drehen, und der gegenüber dem
mindestens einen Werkzeugträgerring
angeordnet ist, wobei der mindestens eine Werkzeugsträgerring
und der mindestens eine Ambossträgerring
in Verbindung miteinander stehen, um die Werkzeugwalze und die Ambosswalze
zueinander gegenläufig
zu drehen,
wobei D1 + D2 = D3 + D4 undwobei
ein Drehzahlverhältnis
SR gleich
ist und im Bereich von über etwa
1,02 bis etwa 1,25 liegt.
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In
der vorliegenden Erfindung kann das Drehzahlverhältnis auch im Bereich von etwa
1,05 bis etwa 1,10 liegen. Außerdem
kann das Trennwerkzeug eine flexible Klinge oder eine Schneide sein,
deren Trennkante derart konfiguriert ist, dass sie Trennkantenabschnitte
aufweist, die ausgewählt
sind aus einer Gruppe, umfassend einen geradlinigen Abschnitt, einen
krummlinigen Abschnitt und jede Kombination davon. Ferner kann das
Trennwerkzeug aus einem Material gefertigt sein, das ausgewählt ist
as der Gruppe, bestehend aus Werkzeugstahl, Carbiden, Keramiken,
Cermets und jeder Kombination davon. Darüber hinaus kann der Antrieb
ausgewählt sein
aus einer Gruppe, bestehend aus einem Motor und einer Übersetzung,
welche mit der Werkzeugwalze und der Ambosswalze in Verbindung steht,
und zwei Motoren, einem ersten Motor, der mit der Werkzeugwalze
in Verbindung steht, und einem zweiten Motor, der mit der Ambosswalze
in Verbindung steht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Wenngleich
die Spezifikation mit Ansprüchen
endet, welche den Gegenstand, der als die vorliegende Erfindung
betrachtet wird, besonders hervorheben und deutlich beanspruchen,
ist man der Auffassung, dass die Erfindung aus den folgenden Figuren
zusammen mit der beiliegenden Beschreibung, in der ähnliche
Teile das gleiche Bezugszeichen tragen, besser verständlich sein
wird. Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte, vergrößerte Seitenvorderansicht
eines Trennvorgangs eines schwer-zu-schneidenden Materials, das
zusammengedrückt
wird und zwischen dem Trennwerkzeug und einer Ambossoberfläche eine
dünne Membran
hinterlässt;
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2 eine
vereinfachte Vorderansicht einer Rotations-Vorrichtung, welche ein
Drehzahlverhältnis zwischen
einer linearen Ambossoberflächengeschwindigkeit
und einer linearen Trennkantengeschwindigkeit verwendet und welche
im Allgemeinen auf die Benutzung von Trennwerkzeugen eingeschränkt ist,
die nur aus Werkzeugstahlmaterialien gefertigt sind;
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3 eine
vereinfachte Vorderansicht einer Ausführungsform einer Rotations-Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung, die eine rotierende Schneide umfasst und die wesentlichen
Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert;
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4 eine
vereinfachte Seitenvorderansicht im Querschnitt entlang der Linie
4-4 der rotierenden Schneide aus 3;
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5 eine
Ausrollansicht einer Ausführungsform
der Trennkante der rotierenden Schneide aus 3 und 4,
welche eine Struktur mit offener Kante bildet;
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6 eine
Ausrollansicht einer anderen Ausführungsform der Trennkante der
rotierenden Schneide aus 3 und 4, welche
eine Struktur mit geschlossener Kante bildet;
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7 eine
Ausrollansicht einer wieder anderen Ausführungsform der Trennkante der
rotierenden Schneide aus 3 und 4, die eine
Struktur mit geschlossener Kante bildet;
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8 eine
Ausrollansicht einer wieder anderen Ausführungsform der Trennkante der
rotierenden Schneide aus 3 und 4, die zwei
Strukturen mit einer gemeinsamen Kante bildet;
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9 eine
vereinfachte Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der Rotations-Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung mit einer Auslegerausführung;
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10 eine
vereinfachte Vorderansicht einer Rotations-Vorrichtung, die nicht
zu der vorliegenden Erfindung gehört, mit einem Trägerring,
der durch ein La ger, das eine unabhängige Drehung der Werkzeugwalze
und des Trägerrings
bewirkt, drehbar mit einer Werkzeugwalze verbunden ist;
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11 eine
vereinfachte Vorderansicht einer anderen Ausführungsform einer Rotations-Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung, die eine flexible Klinge umfasst und
die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert;
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12 eine
vereinfachte Seitenvorderansicht im Querschnitt entlang der Linie
12-12 der flexiblen Klingenvorrichtung aus 11;
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13 eine
vereinfachte Vorderansicht einer Rotations-Vorrichtung, die nicht
zu der vorliegenden Erfindung gehört, die eine flexible Klinge
umfasst und die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung
verkörpert;
und
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1 eine
vereinfachte Seitenvorderansicht im Querschnitt entlang der Linie
14-14 der flexiblen Klingenvorrichtung aus 13.
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AUSFÜHRLICHE BESCHRIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um
kontinuierliche Bahnen oder diskrete Flächengebilde bei im Wesentlichen geringeren
Kompressionskräften
als denjenigen, die in herkömmlichen
Verfahren normalerweise auftreten, zu trennen. Die vorliegende Erfindung
kann zum Trennen der schwer-zu-schneidenden Materialien, die eine
im Wesentlichen hohe Bruchdehnung aufweisen und/oder eine im Wesentlichen
hohe Bruchenergie erfordern, einschließlich solcher Materialien wie
Polypropylen (PP), NYLON, Polyethylenterephthalat (PET) und dergleichen,
sowohl in Folienform als auch in Vliesform besonders nützlich sein.
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Die
vorliegende Erfindung kann zum Trennen der oben erwähnten Materialien
in einer Vliesform, die im Allgemeinen schwerer zu trennen ist als die
Materialien in einer Folienform, besonders nützlich sein, wobei beide Formen
bei der Herstellung von Einwegabsorptionsartikeln sowie in vielen
anderen Produktio nen üblich
sind. Jedoch ist zu beachten, dass die Anmelder annehmen, dass die
vorliegende Erfindung zum Trennen eines beliebigen Bahnmaterials
nützlich
sein kann, das eine ausreichende strukturelle Integrität aufweist
und als eine kontinuierliche Bahn oder ein diskretes Flächengebilde
wie Kunststofffolien, Vliessubstrate, Metallfolien, Schäume, Gummistoffe
und andere Materialien, entweder getrennt oder in Kombination, in
einer einschichtigen oder in mehrschichtigen Formen verarbeitet
wird.
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Jedoch
wird die vorliegende Erfindung der Einfachheit halber mit Bezug
auf bevorzugte Ausführungsformen,
wie in den Zeichnungen dargestellt, beschrieben. Ferner kann die
vorliegende Erfindung mit den beiden folgenden Typen von Trennwerkzeugen verwendet
werden: den Schneiden und den flexiblen Klingen.
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Es
ist von den Anmeldern überraschend
gefunden worden, dass, wenn ein „Drehzahlverhältnis" SR, das sich nachstehend
auf ein Verhältnis
zwischen einer linearen Ambossoberflächengeschwindigkeit und einer
Trennkante der linearen Trennwerkzeuggeschwindigkeit des gegenläufig drehenden Trennwerkzeugs
und der Ambossoberfläche
bezieht, im Bereich von über
etwa 1,02 bis etwa 1,25 oder von etwa 1,05 bis etwa 1,10 (wie von
den Anmeldern öfter umgesetzt
worden ist) liegt, die Betriebseffizienz eines Trennvorgangs aufgrund
einer erhöhten
Betriebslebensdauer des Trennwerkzeugs, das von geringeren Kompressionskräften als
denjenigen, die normalerweise zum Trennen insbesondere der schwer-zu-schneidenden
Materialien durch herkömmliche
Trennverfahren notwendig sind, beeinflusst wird, wesentlich verbessert
werden kann.
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Das
Trennen von Bahnmaterialien zwischen einem Trennwerkzeug und einer
Ambossoberfläche, die
sich bei jeweiligen linearen Geschwindigkeiten, die sich voneinander
um etwa 2 % unterschieden, zueinander gegenläufig drehen, ist im Stand der
Technik bekannt. Solche Bedingungen liegen häufig dann vor, wenn anfangs
ein Drehzahlverhältnis
von etwa 1,02 oder weniger zwischen dem Amboss und dem Werkzeug
erzeugt wird, um ein oder mehrere zukünftige erneute Schleifvor gänge des
Werkzeugs zwischen den Zeiträumen
der Werkzeugabnutzung auszugleichen. Folglich verringert oder beseitigt
der nachfolgende erneute Schleifvorgang oder die Schleifvorgänge das
Drehzahlausgangsverhältnis. Das
Drehzahlausgangsverhältnis
von etwa 1,02 oder weniger beeinflusst die Betriebslebensdauer des Werkzeugs
im Normalfall nicht positiv. In der Tat haben die Anmelder beobachtet,
dass das anfängliche Drehzahlverhältnis von über etwa
1,00 bis etwa 1,02 die Betriebslebensdauer des Werkzeugs negativ
beeinflussen kann, was zu einem vorzeitigen Verschleiß oder einem
vollständigen
Betriebsausfall des Werkzeugs führt,
das unter solchen Bedingungen arbeitet.
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Jedoch
haben die Anmelder entdeckt, dass, wenn ein Drehzahlverhältnis im
Bereich von über etwa
1,02 bis etwa 1,25 oder von etwa 1,05 und etwa 1,10 (wie von den
Anmeldern häufiger
umgesetzt) oder alternativ von weniger als etwa 0,98 bis etwa 0,80
oder von etwa 0,95 bis etwa 0,91 (wie von den Anmeldern ebenfalls
häufiger
in die Praxis umgesetzt) liegt, die Betriebseffizienz eines Trennvorgangs
aufgrund geringerer Kompressionskräfte als denjenigen, die normalerweise
zum Trennen von insbesondere schwer-zu-schneidenden Materialien durch
herkömmliche
Verfahren notwendig sind, wesentlich verbessert werden kann. Diese
Zunahme oder Abnahme des Drehzahlverhältnisses stellt eine ausreichende
relative Bewegung zwischen der Trennkante und der Ambossoberfläche bereit,
was das Schneiden und Trennen des getrennten Abschnitts von der
Bahn ermöglicht.
Im Allgemeinen ist ein Drehzahlverhältnis von etwa 1,05 oder etwa
0,95 ausreichend, jedoch können
gegebenenfalls auch geringere oder höhere Drehzahlverhältnisse
wie oben angegeben benutzt werden.
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3 und 4 stellen
eine Ausführungsform
einer Rotations-Vorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung
dar, wobei eine rotierende Schneide 201 verwendet wird,
um ein Bahnmaterial 202 zu trennen. 3 zeigt
eine vereinfachte Vorderansicht und 4 zeigt
eine vereinfachte Seitenvorderansicht im Querschnitt entlang der
Linie 4-4 der Vorrichtung 200 aus 3. Die Rotations- Vorrichtung 200 umfasst
ein Paar im Allgemeinen parallele, gegenläufig drehende Walzen 204,
die beide drehbar auf einem geeigneten Rahmen 205 angebracht
werden können.
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Die
Rotations-Vorrichtung 200 kann vertikal, horizontal, geneigt
oder in irgendeiner anderen Konfiguration positioniert werden. Eine
der Walzen weist eine Werkzeugwalze 210 auf und die andere
Walze weist eine Ambosswalze 212 auf, die sich in entgegengesetzten
Richtungen gegenläufig
zueinander drehen. Wenn sich die Werkzeugwalze 210 zum
Beispiel entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, dann dreht sich die Ambosswalze 212 im
Uhrzeigersinn und umgekehrt. Die Werkzeugwalze 210 und
die Ambosswalze 212 können
innerhalb des Rahmens 205 durch jedes beliebige Mittel,
einschließlich
von zum Beispiel Lagern 220 und 222, welche die
Werkzeugwalze 210 und die Ambosswalze 212 jeweils
stützen, drehbar
gestützt
sein.
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Die
Werkzeugwalze 210 kann eine kreisförmige Walze oder eine Walze
mit einer beliebigen anderen Form oder ein beliebiger anderer Mechanismus
sein, der dafür
ausgelegt sein kann, ein oder mehrere Trennwerkzeuge 214 (dargestellt
als die Schneide 201) in einer gewünschten Position zu umfassen,
um das Bahnmaterial 202, das zwischen der Werkzeugwalze 210 und
der Ambosswalze 212 zugeführt wird, zu trennen. Die Schneide 201 kann
mit der Werkzeugwalze 210 monolithisch sein oder kann daran
durch jedes beliebige herkömmliche
Mittel befestigt sein.
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Die
Schneide 201 kann eine Trennkante 216 aufweisen,
die dafür
konfiguriert ist, einen Schnitt in dem Bahnmaterial 202 jeder
beliebigen Konfiguration zu erzeugen. Die Trennkante 216 kann
so konfiguriert sein, dass sie Trennkantenabschnitte aufweist, die
ausgewählt
sind aus einer Gruppe, bestehend aus einem geradlinigen Abschnitt,
einem krummlinigen Abschnitt und jeder Kombination davon, die in eine
beliebige Richtung wie die Maschinenlaufrichtung MD, die Maschinenquerrichtung
CD und/oder irgendeine dazwischen liegende Richtung ID, welche zwischen
der MD und der CD verläuft,
verlaufen.
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Zum
Beispiel zeigt 5 eine aufgeklappte Ansicht
einer Ausführungsform
der Trennkante 216, die so konfiguriert ist, dass sie einen
bogenförmigen Schnitt
ausführt,
der eine Konfiguration mit offener Kante 219 definiert,
wobei verschiedene Abschnitte der Trennkante 216 Schnitte
in verschiedene Richtungen ausführen:
die MD, die CD und die ID. 6 und 7 zeigen
aufgeklappte Ansichten anderer Ausführungsformen von Konfigurationen
mit geschlossener Kante der jeweiligen Trennkanten 216A und 216B,
die jeweils Konfigurationen mit geschlossener Kante 221 und 223 definieren. 8 zeigt
ferner eine aufgeklappte Ansicht einer wieder anderen Ausführungsform
einer Konfiguration mit geschlossener Kante 225, die zwei
Konfigurationen mit geschlossener Kante 227 und 228 umfasst,
die eine gemeinsame Trennkante 229 aufweisen.
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Mit
erneutem Bezug auf 3 und 4 dreht
sich die Trennkante 216 der Schneide 201 mit einem
Durchmesser D1 um eine Achse 203 der Werkzeugwalze 210 gegen
eine Ambosswalze 212 mit einer Ambossoberfläche 215,
die sich mit einem Durchmesser D2 gegenläufig um eine Achse 205 der Ambosswalze 212 dreht.
Jede der beiden Walzen 210 oder 212 kann von jedem
geeigneten Antriebsmittel angetrieben werden, das direkt oder indirekt daran
befestigt ist, zum Beispiel durch einen geeigneten Motor 221. 3 zeigt
einen Motor 224, der die Werkzeugwalze 210 antreibt,
jedoch kann der Motor 224 ersatzweise die Ambosswalze 212 antreiben.
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Die
Rotations-Vorrichtung 200 weist auch Werkzeugträgerringe 230 auf,
die auf der Werkzeugwalze 210 angeordnet sind, und Ambossträgerringe 232,
die auf der Ambosswalze 212 und gegenüber den Werkzeugträgerringen 230 angeordnet
sind. Die Werkzeugträgerringe 230 und
der Ambossträgerring 232 berühren einander,
um eine ausreichende Reibungsbeziehung zwischen den Werkzeugträgerringen 230 und
den Ambossträgerringen 232 zu
bilden, um die Ambosswalze 212 direkt durch die Werkzeugwalze 210 anzutreiben,
die von dem Motor 224 angetrieben wird. (Wenn die Ambosswalze 212 von
dem Motor 224 angetrieben wird, treiben die oben erwähnten Trägerringe
ersatzweise die Werkzeugwalze 210 an.)
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Die
Trägerringe 230 und 232 können mit
Bezug auf die jeweiligen Walzen 210 und 212 monolithisch
sein oder können
an den jeweiligen Walzen 210 und 212 durch jedes
beliebige herkömmliche
Mittel befestigt sein, so dass die Winkelgeschwindigkeit der Werkzeugträgerringe 230 der
Winkelgeschwindigkeit der Werkzeugwalze 210 entspricht
und die Winkelgeschwindigkeit der Ambossträgerringe 232 der Winkelgeschwindigkeit
der Ambosswalze 212 entspricht. Die Trägerringe 230 und 232 stellen
einen beständigeren
Eingriff zwischen der Trennkante 216 und der Ambossoberfläche 215 bereit
als von der Rotations-Vorrichtung 100 aus 2 bereitgestellt
werden kann, und zwar aufgrund einer im Wesentlichen erhöhten Stabilität des Abstands 114 zwischen
den Achsen 203 und 205 der jeweiligen Walzen 210 und 212,
die aus der Trennung der möglichen
negativen Einflüsse
der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen
in der Werkzeugwalze 210 und der Ambosswalze 212 im
Vergleich zu denjenigen in den Lagern 220 und 222 folgt.
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Es
sei klargestellt, dass die Anzahl der Trägerringe 230 und 232 variieren
kann. Zum Beispiel zeigt 9 eine vereinfachte Vorderansicht
einer anderen Ausführungsform
einer Rotations-Vorrichtung 300 der vorliegenden Erfindung,
die ne Auslegerausführung
bezüglich
eines Rahmens 314 aufweist und eine Werkzeugwalze 310 und
eine Ambosswalze 312 umfasst. Die Rotations-Vorrichtung 300 weist
mindestens einen Werkzeugträgerring 230 und
mindestens einen Ambossträgerring 232 auf,
der dem Werkzeugträgerring 230 entspricht.
Mit der Auslegerausführung
der Rotations-Vorrichtung 300 kann die Anzahl von Trägerringen
auf ein einziges Paar von Trägerringen 230 und 232 verringert
werden. Ferner kann, ähnlich
wie bei der Rotations-Vorrichtung 200 aus 3 und 4,
jede der Walzen 310 oder 312 der Rotations-Vorrichtung 300 von
jedem geeigneten Antriebsmittel angetrieben werden, das direkt oder indirekt
daran befestigt ist, zum Beispiel durch jeden beliebigen geeigneten
Motor 221. 9 zeigt einen Motor 221,
der die Werkzeugwalze 310 antreibt, jedoch kann der Motor 221 ersatzweise
die Ambosswalze 312 antreiben.
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Mit
Bezug auf 3, 4 und 9 weisen
die Werkzeugträgerringe 230 einen
Durchmesser D3 auf, der vorzugsweise um eine Differenz Δ größer als
der Durchmesser D1 der Drehung der Trennkante 216 ist,
um der Trennkante 216 Schutz vor einer möglichen
versehentlichen physischen Beschädigung
während
der Handhabung der Werk zeugwalze bereitzustellen. Die Ambossträgerringe 232 weisen
einen Durchmesser D4 auf, der in den dargestellten Ausführungsformen 200 und 300 um die
gleiche Differenz Δ kleiner
ist als der Durchmesser D2 der Drehung der Ambossoberfläche 215.
(Allerdings kann der Durchmesser D4 ersatzweise größer als
der Durchmesser D2 sein, wenn D3, wie oben erwähnt, kleiner als D1 ist.)
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Um
eine gewünschte
relative Position zwischen der Trennkante 216 und der Ambossoberfläche 215 zu
bewahren, wobei ein gewünschter
Eingriff zwischen der Trennkante 216 und der Ambossoberfläche 215 bereitgestellt
wird, sollte die Beziehung zwischen den oben erwähnten Durchmessern die folgende
Gleichung erfüllen: D1 + D2 = D3 + D4 (1)
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Dann
kann das Drehzahlverhältnis
SR, das sich hierin wieder auf ein Verhältnis zwischen der linearen
Ambossoberflächengeschwindigkeit
VA der Ambossoberfläche
215 und
der linearen Trennkantengeschwindigkeit VS der Trennkante
216 bezieht, durch
die folgende Gleichung bestimmt werden:
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Wie
oben erwähnt,
kann die Trennkante 216 bei einer langsameren oder schnelleren
Geschwindigkeit als der linearen Geschwindigkeit der Ambossoberfläche 215 betrieben
werden. Wenn der Durchmesser D3 der Werkzeugträgerringe 230 größer als der
Durchmesser D1 der Trennkante 216 (wie in 3, 4 und 9 dargestellt,
um der Trennkante 216 während
der Handhabung der Werkzeugwalze 210 einen physischen Schutz
bereitzustellen) ist, ist die lineare Ambossoberflächengeschwindigkeit
VA (siehe 4) der Ambossoberfläche 215 größer als
die lineare Trennkantengeschwindigkeit VS (siehe 4)
der Trennkante 216, wobei das Drehzahlverhältnis SR
im Bereich von über
etwa 1,02 bis etwa 1,25 oder von etwa 1,05 bis etwa 1,10 (wie von den
Anmeldern häufiger
umgesetzt) liegt.
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Wenn
der Durchmesser D3 der Werkzeugträgerringe 230 jedoch
alternativ kleiner als der Durchmesser D1 der Trennkante 216 ist,
ist die lineare Ambossoberflächengeschwindigkeit
VA der Ambossoberfläche 215 kleiner
als die lineare Trennkantengeschwindigkeit VS der Trennkante 216,
wobei das Drehzahlverhältnis
SR im Bereich von weniger als etwa 0,98 bis etwa 0,80 oder von etwa
0,95 bis 0,91 liegen kann. Diese Alternative ist nicht Teil der Erfindung.
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10 zeigt
eine vereinfachte Vorderansicht einer Rotations-Vorrichtung 400,
die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist und die Trägerringe 402 aufweist,
die durch ein Lager 406, das eine unabhängige Bewegung der Werkzeugwalze 410 und
des Trägerrings 402 bewirkt,
drehbar mit einer Werkzeugwalze 410 verbunden ist. Das
Drehzahlverhältnis
VA und die lineare Trennwerkzeuggeschwindigkeit VS können durch
einen Antrieb eingestellt werden, der mit der Werkzeugwalze 410 und
der Ambosswalze 412 verbunden ist. Der Antrieb kann ein beliebiger
Antrieb sein, der dazu in der Lage ist, der Werkzeugwalze 410 und
der Ambosswalze 412 unabhängige Drehungen bereitzustellen.
Zum Beispiel kann der Antrieb einen Motor 221 und eine
gewünschte Übersetzung
aufweisen, die von Getrieben 130 und 132 bereitgestellt
wird, um zu dem gewünschten
oben genannten Drehzahlverhältnis
SR zu führen.
Als Alternative kann der Antrieb zwei Motoren aufweisen, von denen
jeder mit der Werkzeugwalze 410 oder der Ambosswalze 412 in
Verbindung steht, um das gewünschte
Drehzahlverhältnis
SR bereitzustellen. Ferner kann der Trägerring 402 als Alternative
nicht mit der Werkzeugwalze 410 verbunden sein, sondern
mit der Ambosswalze 412, wobei der Trägerring 402 mit der
Werkzeugwalze 410 in Kontakt steht.
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Wie
oben erwähnt,
kann die vorliegende Erfindung mit einer oder mehreren rotierenden
Schneiden 201 benutzt werden, wie in 3, 4 und 9 dargestellt,
oder mit einer oder mehreren Klingen 502, wie in 11 und 12 dargestellt,
welche die Rotations-Vorrichtung 500 zeigen. 11 zeigt
eine vereinfachte Vorderansicht der Rotations-Vorrichtung 500 und 12 zeigt
eine vereinfachte Seitenvorderansicht im Querschnitt entlang der
Linie 12-12 der Rotations-Vorrichtung 500 aus 11.
Die flexible Klinge 502 steht hierin für eine herkömmliche flexible Klinge, die
mit einer Werkzeugwalze 504 in einer beliebigen herkömmlichen Weise
verbunden ist. Zum Beispiel steht die flexible Klinge 502 aus 11 und 12 für eine Ausführungsform
einer flexiblen Klinge, die an der Werkzeugwalze 504 mittels
einer festen Auslegerausführung
befestigt ist. Andere herkömmliche
Ausführungsformen
der flexiblen Klinge können
sämtliche herkömmlichen
federbelasteten, luftbelasteten oder hydraulisch belasteten flexiblen
Klingen, einschließlich
Gleit- oder Biegekonfigurationen oder irgendeine andere Kombination
davon einschließen.
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Der
Aufbau der Rotations-Vorrichtung 500 mit einer flexiblen
Klinge 502 kann in allen oder beliebigen Aspekten der oben
ausführlich
beschriebenen Rotations-Vorrichtungen 200, 300 und 400 ähnlich sein.
Die Beziehung zwischen den Durchmessern D1, D2, D3 und D4, die in
der obigen Gleichung (1) ausgedrückt
ist, und die Beziehung zwischen dem Drehzahlverhältnis SR und den obigen Durchmessern,
die in der obigen Gleichung (2) ausgedrückt ist, können auch in allen oder beliebigen
Aspekten den oben erwähnten
Rotations-Vorrichtungen 200 und 300 ähnlich sein.
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13 zeigt
eine andere Rotations-Vorrichtung 600, die nicht Teil der
vorliegenden Erfindung ist und eine flexible Klinge 502 benutzt,
wobei das Drehzahlverhältnis
SR durch eine gewünschte Übersetzung
zwischen einem Werkzeugwalzengetriebe 602 und einem Ambossgetriebe 604,
die miteinander in Eingriff stehen und von einem beliebigen geeigneten Motor 221 wie
oben beschrieben angetrieben werden, bereitgestellt werden kann.
Die obigen Gleichungen (1) und (2) können zum Berechnen des Drehzahlverhältnisses
SR ähnlich
angewendet werden, indem der Flankendurchmesser des Werkzeuggetriebes 602 als
D3 und der Flankendurchmesser des Ambossgetriebes 604 als
D4 benutzt wird. Der Aufbau der Rotations-Vorrichtung 600 mit
einer flexiblen Klinge 502 kann in allen oder beliebigen
Aspekten den oben ausführlich
beschriebenen Rotations-Vorrichtungen 200, 300 und 400 ähneln. Die
Beziehung zwischen den Durchmessern D1, D2, D3 und D4, die in der
obigen Gleichung (1) ausgedrückt ist,
und die Beziehung zwischen dem Drehzahlverhältnis SR und den obigen Durchmessern,
die in der obigen Gleichung (2) ausgedrückt ist, können auch in allen oder beliebigen
Aspekten den oben erwähnten Rotations-Vorrichtungen 200 und 300 ähnlich sein.
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Wenngleich
bestimmte Ausführungsformen oder
einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben
worden sind, ist für
den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene andere Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von der Wesensart
der Erfindung abzuweichen. Ferner sollte es klar sein, dass alle Kombinationen
solcher Ausführungsformen
und Merkmale möglich
sind und zu bevorzugten Ausführungen
der Erfindung führen
können.
