EP1063087A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Schneiden von Materialbahnen - Google Patents

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EP1063087A1 EP00111002A EP00111002A EP1063087A1 EP 1063087 A1 EP1063087 A1 EP 1063087A1 EP 00111002 A EP00111002 A EP 00111002A EP 00111002 A EP00111002 A EP 00111002A EP 1063087 A1 EP1063087 A1 EP 1063087A1
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Abstract

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schneiden von Materialbahnen, mit einem Druckluftzylinder (28) mit einer ersten Seite (29) und einer zweiten Seite (31), einem mit der ersten Seite (29) des Druckluftzylinders (28) verbundenen ersten Ventil (21), das eine erste Seite (29) des Druckluftzylinders (28) mit einem ersten vorgegebenen Druck beaufschlagt, und einem mit der zweiten Seite (24) des Druckluftzylinders (28) verbundenen zweiten Ventil (24) zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Ventil (24) in einem nichtschneidenden Zustand des Druckluftzylinders (28) die zweite Seite (31) mit einem zweiten vorgegebenen Druck beaufschlagt, der größer ist als der erste vorgegebene Druck, und dass der zweite vorgegebene Druck zur Einleitung eines Schneidevorgangs am Schneidezylinder (28) auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck reduzierbar ist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden von Materialbahnen in einer Druckmaschine, insbesondere in einem Falzapparat einer Rollenrotations-Offsetdruckmaschine, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 8.
Bekannte Vorrichtungen zum Schneiden oder Durchtrennen von Bahnen in einem Falzapparat umfassen einen Druckluftzylinder, der ein Schneidemesser auf eine Bahn oder einen Bahnstrang zu und durch diese hindurch bewegt. Dazu muss die Druckluft an der einen Seite des Druckluftzylinders abströmen und an der anderen Seite in den Druckluftzylinder einströmen. Durch den Druckaufbau im Druckluftzylinder beginnt das Messer, sich zu bewegen.
Die für das Schneiden der Bahn benötigte Zeit ist ein kritischer Aspekt dieses Vorgangs. Da Druckmaschinen mit Geschwindigkeiten von über 15,25 Metern pro Sekunde betrieben werden, muss der Schneidevorgang im Bruchteil einer Sekunde durchgeführt werden. Dabei spielt die zur Erzeugung des maximalen Luftdrucks im Druckluftzylinder benötigte Zeit eine bedeutende Rolle, da sie die für den Schneidevorgang erforderliche Zeit bestimmt. Bei vielen Schneidevorrichtungen beginnt das Messer sich zu bewegen, sobald Druckluft in den Druckluftzylinder einströmt, und kontaktiert die Bahn vor Erreichen des maximalen Luftdrucks im Druckluftzylinder. Trifft das Messer nicht mit seiner vollen Kraft auf die Bahn, so besteht die Gefahr, dass die Bahn am Messer entlang schleift, bevor sie durchtrennt wird. Dies führt mitunter zu meterlangen Schleifspuren auf der Materialbahn und erhöht das Risiko, dass es durch ein Umwickeln der frisch bedruckten Bahnseite um die Druckwerkszylinder zu einer Beschädigung derselben bzw. von deren Lagern kommt.
Es wurden bereits zahlreiche Versuche unternommen, dieses Problem zu beseitigen. Z. B. ist es bekannt, an der geeigneten Seite des Druckluftzylinders ein Schnellausströmventil vorzusehen, durch das die Luft während des Schneidevorgangs schneller abströmen kann. Dadurch kann der Beschleunigungsvorgang des Schneidemessers früher eingeleitet werden. Eine weitere Lösung besteht darin, die Masse der Schneidevorrichtung zu reduzieren, wodurch eine schnellere Beschleunigung des Messers möglich ist. Durch die Anordnung eines Druckluftbehälters in der Nähe des Druckluftzylinders kann ferner ein schnellerer Druckaufbau in dem Druckluftzylinder erreicht werden. Ein weiterer Lösungsversuch besteht darin, ein Ventil mit einem hohen CV-Wert einzusetzen, durch das ebenfalls ein schnellerer Druckaufbau im Druckluftzylinder erreicht werden kann. Schließlich ist es auch möglich, größere Luftleitungen vorzusehen, um so einen schnelleren Druckaufbau zu erreichen. Der Schneidevorgang wurde ferner durch eine Optimierung des Winkels, unter dem das Schneidemesser auf die Bahn trifft, effizienter gestaltet. All diese Veränderungen führten zu einer Verbesserung des Schneidevorgangs. Durch die stetig steigende Bahngeschwindigkeit muss jedoch der Schneidevorgang noch stärker beschleunigt werden, als es durch die oben genannten Verbesserungen einzeln oder in Kombination möglich ist.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden oder Durchtrennen von Materialbahnen zu schaffen, durch die die oben genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen dieser Art beseitigt werden und insbesondere die zum Schneiden benötigte Zeit reduziert und die Bahn mit der maximal verfügbaren Kraft durchtrennt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 und 8 gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schneiden oder Durchtrennen von Materialbahnen umfasst einen Druckluftzylinder mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, einem mit der ersten Seite des Druckluftzylinders verbundenen ersten Ventil, das Druckluft unter einem ersten vorgegebenen Druck an die erste Seite leitet, und einem mit der zweiten Seite des Druckluftzylinders verbundenen zweiten Ventil, das in einem nicht-schneidenden Zustand des Druckluftzylinders Druckluft unter einem zweiten vorgegebenen Druck, der größer ist als der erste vorgegebene Druck, zum Druckluftzylinder leitet, wobei der zweite vorgegebene Druck währen eines Schneidevorgangs am Schneidezylinder schnell auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck reduziert wird.
Die Vorrichtung umfasst ferner vorzugsweise ein unmittelbar, d. h. ohne Gelenk mit dem Druckluftzylinder verbundenes und von diesem angetriebenes Schneideelement zum Durchtrennen einer Materialbahn.
Das erste Ventil und das zweite Ventil sind vorzugsweise als Dreiwege-Ventile ausgebildet.
Der erste vorgegebene Druck beträgt vorzugsweise etwa zwischen 4,8 und 5,1 bar (70-75 psi), und der zweite vorgegebene Druck ist vorzugsweise größer oder gleich etwa 6,2 bar (90 psi).
Zur Steuerung des ersten und zweiten vorgegebenen Drucks ist weiterhin vorzugsweise eine mit dem Druckluftzylinder sowie dem ersten und zweiten Ventil verbundene Steuerungseinheit vorgesehen, die den Übergang des Druckluftzylinders vom nichtschneidenden Zustand zum Schneidevorgang steuert.
Das Schneideelement umfasst vorzugsweise ein Messer zum Durchtrennen der Bahn.
Der Druckluftzylinder umfasst ferner vorzugsweise ein mit der zweiten Seite des Druckluftzylinders verbundenes Schnellausströmventil, mittels dessen der zweite vorgegebene Druck zur Einleitung des Schneidevorgangs schnell und effizient auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck reduziert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
  • a) Beaufschlagen einer ersten Seite eines ein Schneideelement antreibenden Druckluftzylinders mit einem ersten vorgegebenen Druck;
  • b) Beaufschlagen einer zweiten Seite des Druckluftzylinders im Ruhezustand, d. h. wenn kein Schneidevorgang durchgeführt wird, mit einem zweiten vorgegebenen Druck, der höher ist als der erste vorgegebene Druck, im Ruhezustand des Druckluftzylinders, d. h. wenn kein Schneidevorgang erfolgt, wobei das Schneidelement in seiner Ruhestellung verharrt, solange der zweite vorgegebene Druck größer ist als der erste vorgegebene Druck; und
  • c) Reduzieren des zweiten vorgegebenen Drucks innerhalb kurzer Zeit auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck zur Einleitung eines Schneidevorgangs am Druckluftzylinder, so dass das Schneideelement bewegt und die Materialbahn durchtrennt wird.
    • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorzugsweise für jeden Schneidevorgang Schritt b) und c) wiederholt.
    Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin eine Steuerungseinheit vorgesehen, die zur Steuerung des ersten und zweiten vorgegebenen Drucks sowie des Übergangs vom Ruhezustand zum Schneidevorgang Steuersignale aussendet, die der Druckluftzylinder empfängt.
    Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zur Erzeugung des ersten vorgegebenen Drucks ein erstes Ventil und zur Erzeugung des zweiten vorgegebenen Drucks ein zweites Ventil eingesetzt, wobei das erste und das zweite Ventil durch Steuerungssignale der Steuerungseinheit gesteuert werden.
    Die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beigefügten, nachstehend aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.
    Es zeigen:
    Fig. 1
    ein schematisches Blockdiagramm einer Schneidevorrichtung des Standes der Technik;
    Fig. 2
    ein Schaubild, das den Druckaufbau an einer Seite eines Druckluftzylinders und die Zeit bis zum Kontaktieren der Materialbahn durch das Schneideelement in einer Schneidevorrichtung des Standes der Technik aufzeigt;
    Fig. 3
    ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schneidevorrichtung; und
    Fig. 4
    ein Schaubild, das den Druck in einem Druckluftzylinder und die Zeit bis zum Kontaktieren der Materialbahn aufzeigt.
    Fig. 1 zeigt eine Bahnschneidevorrichtung 1 des Standes der Technik, die ein Vierwege-Ventil 2 mit einer Druckluft-Einströmöffnung 3, einer ersten Druckluft-Ausströmöffnung 4 und einer zweiten Druckluft-Ein/Ausströmöffnung 5 umfasst. Die erste Druckluft-Ausströmöffnung 4 und die zweite Druckluft-Ein/Ausströmöffnung 5 sind strömungstechnisch mit einem Druckluftzylinder 6 verbunden, den sie an einer ersten Seite 9 und an einer zweiten Seite 10 mit Druckluft beaufschlagen können. Zu Beginn wird der Druck an der zweiten Seite 10 des Druckluftzylinders 6 bei etwa 6,2 bar (90 psi) und der Druck an der ersten Seite 9 des Druckluftzylinders 6 bei 0 bar gehalten. In diesem Zustand befindet sich die Schneidevorrichtung im sog. Ruhezustand, d. h. es wird keine Bahn geschnitten, und das Schneideelement 7 ist ebenfalls in Ruhe. Zur Einleitung eines Schneidevorgangs wird die Druckluft (von etwa 6,2 bar bzw. 90 psi) von der zweiten Seite 10 des Druckluftzylinders 6 abgeleitet und der Druck an der ersten Seite 9 des Druckluftzylinders von 0 bar auf einen Wert zwischen etwa 4,8 bar und 6,2 bar (70-90 psi) aufgebaut. Durch den Druckaufbau bewegt der Druckluftzylinder 6 das Schneideelement 7, das auf diese Weise die Bahn 8 kontaktiert und durchtrennt.
    Das in Fig. 2 dargestellte Schaubild zeigt das Verhältnis zwischen dem Druckluftaufbau an der ersten Seite 9 des Druckluftzylinders 6 und der Zeit, die verstreicht, bis das Schneideelement 7 der Vorrichtung von Fig. 1 die Bahn 8 kontaktiert und durchtrennt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, trifft das Schneideelement 7 auf die Bahn 8, bevor im Druckluftzylinder 6 der maximale Druck von etwa zwischen 4,8 bar und 6,2 bar (70-90 psi) erreicht ist. Dadurch besteht die Gefahr, dass das Schneideelement 7 an der Bahn 8 entlang schleift. Außerdem ist die maximale Druckgeschwindigkeit der Druckmaschine durch die zum Druckaufbau benötigte Zeit begrenzt.
    Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Schneidevorrichtung 20, die ein erstes Dreiwege-Ventil 21 mit einer Einströmöffnung 22 und einer Ausströmöffnung 23 umfasst. Die Schneidevorrichtung 20 umfasst weiterhin ein zweites Dreiwege-Ventil 24 mit einer Einströmöffnung 25 und einer weiteren Ein/Ausströmöffnung 26. Die Ausströmöffnung 23 des ersten Ventils 21 ist mit einer Einströmöffnung 27 eines Druckluftzylinders 28 verbunden und erhält an der ersten Seite 29 des Druckluftzylinders 28 einen Druck von vorzugsweise etwa zwischen 4,8 bar und 5,1 bar (70-75 psi) aufrecht. Die Ein/Ausströmöffnung 26 des zweiten Ventils 24 ist mit einer Ein/Ausströmöffnung 30 des Druckluftzylinders 28 verbunden und erhält im Ruhezustand an einer zweiten Seite 31 des Druckluftzylinders 28 einen Druck von vorzugsweise etwa 6,2 bar (90 psi) aufrecht.
    Da der Druck an der zweiten Seite 31 des Druckluftzylinders 28 höher ist als an der ersten Seite 29, wird das Schneideelement 7 nicht zum Schneiden der Bahn 8 aktiviert, befindet sich also im sog. Ruhezustand. Durch ein Aktivierungssignal von einer Steuereinheit 32 wird die Druckluft an der zweiten Seite 31 des Druckluftzylinders 28 durch ein mit der Ein/Ausströmöffnung 30 des Druckluftzylinders 28 verbundenes Schnellausströmventil 33 ausgeleitet. Zusätzlich zu ihrer Steuerungsfunktion für den Druckluftzylinder 28 kann die Steuereinheit 32 auch das erste Ventil 21 und das zweite Ventil 24 steuern.
    Durch den an der ersten Seite 29 anliegenden Druck von vorzugsweise etwa zwischen 4,8 bar und 5,1 bar (70-75 psi) wird das Schneideelement 7 von Anfang an mit voller Kraft auf die zu schneidende Bahn 8 zu bewegt, da der Druck an der ersten Seite 29 über den gesamten Zeitraum hinweg auf dem Maximum gehalten wird, so dass keine Zeit mehr für den Druckaufbau aufgebracht werden muss, wie es bei den Vorrichtungen des Standes der Technik der Fall ist. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Reduzierung der zum Bewegen des Schneideelements 7 benötigten Zeit sowie die Garantie, dass das Messer 11 des Schneideelements 7 mit voller Kraft auf die Bahn 8 auftrifft. Auf diese Weise wird die Länge der Papierstrecke, die das Messer 11 passiert, bevor die Bahn durchtrennt wird, und damit das Risiko von Beschädigungen der Druckwerke im Falle eines so genannten
    Figure 00060001
    Wicklers" nach einem Bahnbruch erheblich reduziert.
    Wenn das Messer 11 die Bahn 8 kontaktiert, gelten folgende Gleichungen:
    F
    = m·a (1); und
    F
    = P·A (2); wobei
    F
    = Kraft
    m
    = Masse des Schneideelements 7,
    a
    = Beschleunigung des Schneideelements 7,
    P
    = momentan verfügbarer Luftdruck,
    A
    = Fläche des Luftdruckzylinders 28,
    X
    = Schlaglänge zwischen dem Druckluftzylinder 28 und der Bahn 8
    t
    = Schlagzeit
    Daraus folgt:
    m·a = P·A m·v t = P·A m·v A = P·t m· X t A = P·t m·X A = P·t2 m·X A·P = t2
    Außerdem ist
    m·X A = (Masse)·(Schlaglänge) (Zylinderfläche) eine Konstante C. Daraus ergibt sich für die Zeit t, die das Schneideelement 7 bis zum Kontaktieren der Bahn 8 benötigt: t = C P
    Demgemäß gilt: Je größer der Druck P ist, desto weniger Zeit t wird benötigt, bis das Schneideelement 7 die Bahn 8 kontaktiert.
    Das in Fig. 4 gezeigte Schaubild zeigt die reduzierte Zeit, die aufgrund der Erhöhung des anfänglichen Drucks auf etwa 4,8 bis 5,1 bar (70-75 psi) für das Schneiden der Bahn 8 durch das Schneideelement 7 bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt wird.
    Liste der Bezugszeichen
    1
    Schneidevorrichtung des Standes der Technik
    2
    Vierwege-Ventil
    3
    Druckluft-Einströmöffnung
    4
    Druckluft-Ausströmöffnung
    5
    Druckluft-Ein/Ausströmöffnung
    6
    Druckluftzylinder
    7
    Schneideelement
    8
    Materialbahn
    9
    erste Seite des Druckluftzylinders
    10
    zweite Seite des Druckluftzylinders
    11
    Messer
    20
    erfindungsgemäße Bahnschneidevorrichtung
    21
    erstes Dreiwege-Ventil
    22
    Druckluft-Einströmöffnung
    23
    Druckluft-Ausströmöffnung
    24
    zweites Dreiwege-Ventil
    25
    Druckluft-Einströmöffnung
    26
    Druckluft-Ein/Ausströmöffnung
    27
    Einströmöffnung des Druckluftzylinders
    28
    Druckluftzylinder
    29
    erste Seite des Druckluftzylinders
    30
    Ein/Ausströmöffnung des Druckluftzylinders
    31
    zweite Seite des Druckluftzylinders
    32
    Steuerungseinheit
    33
    Schnellausströmventil

    Claims (12)

    1. Vorrichtung zum Schneiden von Materialbahnen, mit einem Druckluftzylinder (28) mit einer ersten Seite (29) und einer zweiten Seite (31), einem mit der ersten Seite (29) des Druckluftzylinders (28) verbundenen ersten Ventil (21), das eine erste Seite (29) des Druckluftzylinders (28) mit einem ersten vorgegebenen Druck beaufschlagt, und einem mit der zweiten Seite (24) des Druckluftzylinders (28) verbundenen zweiten Ventil (24),
      dadurch gekennzeichnet,
      dass das zweite Ventil (24) in einem nicht-schneidenden Zustand des Druckluftzylinders (28) die zweite Seite (31) mit einem zweiten vorgegebenen Druck beaufschlagt, der größer ist als der erste vorgegebene Druck, und dass der zweite vorgegebene Druck zur Einleitung eines Schneidevorgangs am Schneidezylinder (28) auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck reduzierbar ist.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass ein mit dem Druckluftzylinder (28) verbundenes und von diesem angetriebenes Schneideelement (7) zum Durchtrennen einer Materialbahn (8) vorgesehen ist.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass das erste Ventil (21) und das zweite Ventil (24) als Dreiwege-Ventile ausgebildet sind.
    4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass der erste vorgegebene Druck etwa zwischen 4,8 bar und 5,1 bar (70-75 psi), liegt und der zweite vorgegebene Druck größer oder gleich etwa 6,2 bar (90 psi) ist.
    5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass zur Steuerung des ersten und zweiten vorgegebenen Drucks eine mit dem Druckluftzylinder (28) sowie mit dem ersten und zweiten Ventil (21, 24) verbundene Steuerungseinheit (32) vorgesehen ist, mittels derer der Übergang des Druckluftzylinders (28) vom nicht-schneidenden Zustand zum Schneidevorgang steuerbar ist.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass das Schneideelement (7) zum Durchtrennen der Bahn (8) ein Messer (11) umfasst.
    7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass der Druckluftzylinder (28) zur schnellen Reduzierung des zweiten vorgegebenen Drucks auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck ein mit der zweiten Seite (31) des Druckluftzylinders (28) verbundenes Schnellausströmventil (33) umfasst.
    8. Verfahren zum Schneiden von Materialbahnen,
      gekennzeichnet durch
      die folgenden Schritte:
      a) Beaufschlagen einer ersten Seite (29) eines ein Schneideelement (7) antreibenden Druckluftzylinders (28) mit einem ersten vorgegebenen Druck;
      b) Beaufschlagen der zweiten Seite (31) des Druckluftzylinders (28) im nichtschneidenden Zustand mit einem zweiten vorgegebenen Druck, der höher ist als der erste vorgegebene Druck, wobei das Schneidelement (7) in seiner Ruhestellung verharrt, solange der zweite vorgegebene Druck größer ist als der erste vorgegebene Druck; und
      c) Reduzieren des zweiten vorgegebenen Drucks auf einen Wert unter dem ersten vorgegebenen Druck innerhalb kurzer Zeit zur Einleitung eines Schneidevorgangs am Druckluftzylinder (28), in der Weise, dass das Schneideelement (7) bewegt wird und die Materialbahn (8) durchtrennt.
    9. Verfahren nach Anspruch 8,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass für jeden Schneidevorgang die Schritte b) und c) wiederholt werden.
    10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass zur Steuerung des ersten und zweiten vorgegebenen Drucks sowie des Übergangs zwischen dem Schneidevorgang und dem nicht-schneidenden Vorgang eine Steuervorrichtung (32) vorgesehen ist, die Steuersignale aussendet, die vom Druckluftzylinder (28) empfangen werden.
    11. Verfahren nach Anspruch 10,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass zur Erzeugung des ersten vorgegebenen Drucks ein erstes Ventil (21) und zur Erzeugung des zweiten vorgegebenen Drucks ein zweites Ventil (24) vorgesehen ist, und dass das erste und zweite Ventil (21, 24) mittels von der Steuerungseinheit (32) ausgesendeter Steuersignale gesteuert werden.
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass zum schnellen Reduzieren des zweiten vorgegebenen Drucks in Schritt c) ein Schnellausströmventil (33) eingesetzt wird.
    EP00111002A 1999-06-24 2000-05-30 Vorrichtung und Verfahren zum Schneiden von Materialbahnen Expired - Lifetime EP1063087B1 (de)

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    Publications (2)

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