EP0811470A1

EP0811470A1 - Druckschneidemesser

Info

Publication number: EP0811470A1
Application number: EP97105444A
Authority: EP
Inventors: Helmut Prof. Dr.-Ing. Hofer
Original assignee: Marbach Werkzeugbau GmbH
Current assignee: Karl Marbach GmbH and Co KG
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 1997-12-10
Also published as: DE29609877U1; JPH1058377A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckschneidermesser, insbesondere ein Bandstahlmesser zum Ausstanzen von Faltschachtelzuschnitten, mit einem Messerkörper (10,11,12), welcher wenigstens eine als Schneidspitze (10) ausgebildete Längskante aufweist. Erfindungsgemäß schließen die sich in Messerkörper-Längsrichtung erstreckenden Seitenflanken (1,2) der Schneidenspitze (10) einen Winkel von 0 bis ca. 30° ein. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckschneidemesser, insbesondere ein Bandstahlmesser zum Ausstanzen von Faltschachtelzuschnitten, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist üblich, Konturen von Faltschachtelzuschnitten auszustanzen. Hierbei wird insbesondere auf reine Druckschnittverfahren zurückgegriffen. Es muß, in Abhängigkeit vom zu stanzenden Material und von der Schneidenbreite des Schneidemessers, eine bestimmte Stanzkraft aufgebracht werden, welche im Schnittbereich zur gewünschten, den Schnitt bewirkenden Materialzerstörung führt.
Obwohl der Druckschnitt insofern Nachteile gegenüber einem Schrägschnitt bzw. Schwingschrägschnitt aufweist, als große Kräfte zum Stanzen aufgebracht werden müssen, wird dieses Verfahren dennoch bevorzugt, da mit ihm beliebige Konturen in einfacher und preiswerter Weise gestanzt werden können.
Es ist bekannt, zur Verminderung der benötigten Stanzkraft die Schneidenbreite des verwendeten Schneidemessers zu verkleinern. Man stellt jedoch fest, daß selbst bei einer vollständig spitzen Ausbildung der Schneidenspitze des Schneidemessers eine bestimmte Stanzkraft nicht unterschritten werden kann. Wird die Schnittbreite durch Abnutzung zu groß, ist ein kontrolliertes Stanzen nicht mehr möglich, da mit einer Abnutzung der Schneidenspitze erhöhte Stanzkräfte aufgebracht werden müssen. Bei herkömmlichen Schneidenspitzen können sich die aufzubringenden Stanzkräfte von etwa 2.500 N/100 mm Messerlänge im Neuzustand auf etwa 5.000 bis 7.000 N/100 mm Messerlänge im abgenutzten Zustand erhöhen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Druckschneidemesser derart weiterzubilden, daß die für ein Schneiden aufzuwendende Stanzkraft gegenüber herkömmlichen Druckschneidemessern vermindert ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem gattungsgemäßen Druckschneidemesser durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Demnach schließen die sich in Messerkörper-Längsrichtung erstreckenden Seitenflanken der Schneidenspitze an den Winkel von 0 bis 30° ein. Dieser erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beim Druckschnitt auf die auf die schrägen Flanken der Schneidenspitze zusätzlichen wirkenden Kräfte überwunden werden müssen. Diese zusätzlichen Kräfte greifen senkrecht an den schrägen Flanken an, so daß die jeweiligen zur Stanzkraft parallelen Kraftkomponenten sich überlagern und eine der Stanzkraft entgegengesetzte resultierende Kraft erzeugen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Druckschneidenmesserschneide sind diese zusätzlichen Kräfte minimiert bzw. vermieden. Daher können mit dem erfindungsgemäßen Druckschneidemesser die bei vorgegebener Schneidenbreite aufzubringende Stanzkräfte gegenüber herkömmlichen Druckschneidemessern merklich verringert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Druckschneidemesser ein seitliches Querschnittsprofil mit einem ersten Messerkörperabschnitt, welcher von zwei im wesentlichen parallelen Seitenwänden begrenzt ist, und einen sich an diesen Messerkörper anschließenden Verjüngungsabschnitt, welcher von zwei das Querschnittprofil verjüngenden Schrägwänden begrenzt ist, auf, wobei sich die Schneidenspitze an das verjüngte Ende des Verjüngungsabschnitts anschließt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schneidenspitze eine Breite von 0,01 bis 0,15 mm auf. Durch diese Dimensionierung ist gewährleistet, daß die Schneidenspitze eine ausreichende Stärke aufweist, so daß es nicht zu einer vorzeitigen Materialabnutzung kommt.
Durch die Breite der Schneidenspitze ist die Schneidenbreite definiert.
Besonders bevorzugt ist, daß die beiden Seitenflanken der Schneidenspitze parallel zueinander verlaufen. Durch diese Ausbildung ist es möglich die beim Stanzvorgang auf die Schneidespitze wirkenden Flankenkräfte im wesentlichen auf Null zu reduzieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Höhe der Schneidenspitze 0,2 - 0,5, insbesondere 0,3 mm. Diese Dimensionierung der Schneidespitze gestattet ein problemloses Schneiden von üblichem Faltschachtelkarton, welcher in der Regel eine Dicke von 0,3 - 0,5 mm aufweist. Auch Wellpappe, welche in zusammengedrücktem Zustand eine Dicke von 0,3 - 0,5 mm aufweist, läßt sich mit einer derart dimensionierten Schneidespitze vorteilhaft schneiden.
Besonders bevorzugte Materialien für das erfindungsgemäße Schneidemesser bzw. die Schneidenspitzen sind hochfrequenzgehärtete Stähle mit einem E-Modul von wenigstens 10⁴ N/mm², vorzugsweise 2 x 10⁵ N/mm² bzw. einer Vickers-Härte von 300 bis 400.
Hiermit lassen sich Papier- und Pappmaterialien, welche in der Regel ein E-Modul von etwa 50 - 5.000 N/mm² aufweisen, problemlos zerschneiden.
Besonders bevorzugt ist es, wenigstens den Endbereich der der Schneidenspitze auf eine Vickers-Härte von etwa 500 zu härten. Bei einer derartigen Härtung lediglich der Schneidenspitze ist das Schneidemesser insgesamt noch in einfacher Weise biegbar, wobei die Abnutzung der Schneidenspitze deutlich verringert ist.
Von Vorteil ist es schließlich, das Schneidemesser bzw. die Schneidenspitze in den äußeren Bereichen zu entkohlen. Der verwendete Stahl wird hierdurch zäher, und kann besser in die gewünschte Form gebogen werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine seitliche Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckschneidemessers,
Fig. 2: seitliche Schnittansichten von Druckschneidemessern gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 3: schematisch die auf die Schneidespitze eines herkömmlichen Druckschneidemessers beim Druckschneiden einwirkenden Kräfte, und
Fig. 4: die aufzubringende Stanzkraft in Abhängigkeit von der Schneidenbreite für eine Schneidenspitze gemäß Fig. 3.

Herkömmliche Druckschneidemesser sind schematisch in seitlichen Schnittansichten in Fig. 2 dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 2a ein zweifasiges, Fig. 2b ein vierfasiges, und Fig. 2c ein einfasiges Druckschneidemesser. Üblicherweise weisen derartige Druckschneidemesser eine Messerbreite von 0,5 - 1,1 mm, eine Messerhöhe von 20 - 25 mm und einen Keilwinkel von 46 - 56 ° auf.
Es ist ferner bekannt, den unteren Bereich der Schneidenspitze trapezförmig auszubilden, da eine spitze Ausbildung des Schneidenspitzenbereiches, wie sie in Fig. 2 dargestellt, relativ schnell zu Materialabnutzungserscheinungen führt.
Eine üblicherweise verwendete trapezförmige Schneidenspitze 10 ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Figur sind ferner die beim Stanzvorgang auf die Schneidenspitze 10 einwirkenden Kräfte eingezeichnet.
Durch Einwirkung einer Stanzkraft F_s übt die Schneidenspitze eine Kraft auf das zu schneidende Material 3 aus. Der Kraft F_s entgegen wirkt zunächst eine Normalkraft F_z. Diese Kraft wird vom zu zerschneidenden Material 3 auf die Schneidenspitze 10 ausgeübt. Die Kraft F_z ist abhängig von der Schneidenbreite a.
In Fig. 4 ist, beispielhaft für eine Schneidemesserlänge von 100 mm und einen zu zerschneidenden Chromokarton einer Stärke von 350 g/m², die zur Materialzerstörung bzw. zum Schneiden benötigte Stanzkraft gegen die Schneidenbreite a aufgetragen. Es besteht eine im wesentlichen lineare Relation zwischen diesen beiden Größen. Verringert man die Schneidenbreite auf Null, d.h. bildet man die Schneidenspitze vollständig spitz aus, stellt man jedoch fest, daß sich die aufzubringende Stanzkraft nicht auf Null verringert, sondern daß nach wie vor eine beachtliche Stanzkraft aufzubringen ist. Im dargestellten Beispiel ist die in diesem Falle aufzubringende Stanzkraft größer als 2.000 N.
Die selbst bei einer Schneidenbreite von Null aufzubringende Stanzkraft F_s ist eine Folge der auf die Seitenflanken 1, 2 der Schneidenspitze 10 wirkenden Flankenkräfte F₁ und F₂. Wird lediglich die Schneidenbreite a verringert, und hierbei die relative Winkellage der Seitenflanken 1, 2 nicht verändert, erfahren diese Flankenkräfte F₁ und F₂ bezüglich Richtung und Betrag keine Änderung. Die resultierende Kraft ist der Kraft F_s entgegengerichtet.
In Fig. 1 ist nun eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckschneidemessers dargestellt. Hier sind die sich in Messerkörper-Längsrichtung erstreckenden Seitenflanken 1, 2 der Schneidenspitze 10 im wesentlichen parallel zueinander ausgebildet. Die beiden Seitenflanken 1, 2 weisen einen Abstand a voneinander auf, durch welchen die Schneidenbreite des Schneidemessers definiert ist.
Durch die im wesentlichen parallele Ausbildung der Seitenflanken 1, 2 sind die auf die Seitenflanken 1, 2 einwirkenden Flankenkräfte F₁, F₂ im wesentlichen gegeneinander gerichtet, so daß sich keine der Kraft F_s entgegenwirkende resultierende Kraft ergibt.
Die Schneidenbreite a beträgt vorzugsweise 0,01 - 0,15 mm. Die Höhe c der Schneidenspitze 10 beträgt 0,2 - 0,5 mm, vorzugsweise 0,3 mm.
Diese Dimensionierung gewährleistet, daß eine vorzeitige Materialabnutzung der Schneidenspitze weitgehend vermieden werden kann.
An die Schneidenspitze 10 schließt sich ein Übergangsabschnitt 11 mit Schrägwänden 11a und 11b an. Über diesen Übergangsabschnitt 11 ist die Schneidenspitze 10 mit dem Messerkörperbereich 12 verbunden, der von im wesentlichen parallelen Seitenwänden 12a, 12b begrenzt ist. Die Messerbreite b beträgt, wie auch bei herkömmlichen Druckschneidemessern üblich, etwa 0,7 bis 1,1 mm. Die Gesamthöhe h von der Unterkante der Schneidenspitze bis zur Oberkante des Schneidenkörpers 12 beträgt üblicherweise 20 - 25, vorzugsweise 23,8 mm.
Das erfindungsgemäße Druckschneidemesser ist vorzugsweise aus Bandstahl hergestellt. Bandstahl läßt sich in einfacher Weise durch Verbiegung in jede gewünschte Form bringen.
Der verwendete Bandstahl weist vorzugsweise eine Elastizitätsmodul von etwa 2x10⁵ N/mm² und eine Vickers-Härte HV zwischen 300 und 400 auf. Hierdurch ist gewährleistet, daß das verwendete Material in einfacher Weise verformbar ist.
Es ist ferner möglich, insbesondere den Endbereich der Schneidenspitze 10 mit einer Vickers-Härte von etwa 500 auszubilden.
Diese Maßnahme erweist sich insofern als vorteilhaft, als einerseits die Schneidenspitze eine sehr geringe Materialabnutzung erfährt, andererseits jedoch ein Verbiegen des Druckschneidemessers insgesamt ohne weiteres möglich ist.
Ein bevorzugtes Verfahren der Härtung des für das Druckschneidemessers verwendeten Bandstahls bzw. zur Härtung der Schneidespitze 10 ist die Hochfrequenzhärtung.
Es ist auch möglich, die Randbereiche des verwendeten Bandstahls zu entkohlen, beispielsweise bis zu einer Tiefe von 0,03 mm. Der entkohlte Stahl wird hierdurch zäher, und ist dadurch besser biegbar.
Die Höhe c der nasenartig ausgebildeten Schneidenspitze 10 kann vorteilhaft so gewählt werden, daß sie bei einem Zerschneiden von Wellpappe in etwa der Dicke dieser Wellpappe im zusammengedrückten Zustand entspricht.
Besonders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung bei silikonbeschichteten Materialien (z.B. Papier) verwendbar. Bei solchen Verbundmaterialien ist eine Silikonschicht mittels einer Klebeschicht auf eine entsprechende Unterlage aufgebracht. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Druckschneidemessers können Beschädigungen der Silikonschicht beim Stanz- bzw. Schneidevorgang weitgehend vermieden werden.

Claims

Druckschneidemesser, insbesondere Bandstahlmesser zum Ausstanzen von Faltschachtelzuschnitten, mit einem Messerkörper (10, 11, 12), welcher wenigstens eine als Schneidespitze (10) ausgebildete Längskante aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die sich in Messerkörper-Längsrichtung erstreckenden Seitenflanken (1, 2) der Schneidenspitze (10) einen Winkel von 0 - 30° einschließen.
Druckschneidemesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein seitliches Querschnittsprofil aufweist mit einem ersten Messerkörperabschnitt (12), welcher von zwei im wesentlichen parallelen Seitenwände (12a, 12b) begrenzt ist, und einem sich an den Messerkörperabschnitt (12) anschließenden Verjüngungsabschnitt (11), welcher von zwei das Querschnittsprofil verjüngenden Schrägwänden (11a, 11b) begrenzt ist, wobei sich die Schneidenspitze (12) an das verjüngte Ende des Verjüngungsabschnitts (11) anschließt.
Druckschneidemesser nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidenspitze eine Breite (a) von 0,01 bis 0,15 mm aufweist.
Druckschneidemesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidespitze (12) eine Höhe (c) von 0,2 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,3 mm, aufweist.
Druckschneidemesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflanken (1, 2) der Schneidenspitze (10) parallel zueinander ausgebildet sind.
Druckschneidemesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Material mit einem E-Modul von wenigstens 10⁴ N/mm², vorzugsweise 2x10⁵ N/mm² hergestellt ist.
Druckschneidemesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Material mit einer Vickers-Härte von 300 bis 400 hergestellt ist.
Druckschneidemesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide aus hochfrequenzgehärtetem Stahl hergestellt ist.
Druckschneidemesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidenspitze (10) wenigstens teilweise eine Vickers-Härte von 400 bis 500 aufweist.
Druckschneidemesser nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Stahl in seinen äußeren Bereichen entkohlt oder durch Beschichtung veredelt ist.