EP1912768B1

EP1912768B1 - Querschneider mit schwingungsdämpfung

Info

Publication number: EP1912768B1
Application number: EP06762666A
Authority: EP
Inventors: Hansjörg Klein
Original assignee: Bielomatik Leuze GmbH and Co KG
Current assignee: Bielomatik Leuze GmbH and Co KG
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2026-07-18
Also published as: ES2354453T3; WO2007009735A1; DE102005035138A1; EP1912768A1; ATE485927T1; DE502006008186D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Querschneider mit zumindest einer Messerwelle, sowie eine Messerwelle.
Aus der DE-OS 29 23 516 ist ein Querschneider mit einer Messertrommel bekannt, der zum Abtrennen von Bogen von einer endlosen Bahn aus Papier oder einem ähnlichen Material vorgesehen ist, wobei die Messertrommel an einem Umfang quer zur Vorschubrichtung der endlosen Bahn mit mindestens einem Messer versehen ist. Für einen Schneidvorgang ist der Messertrommel ein zweites Messer zugeordnet, das auf der entgegen gesetzten Seite der Materialbahn angeordnet ist und feststehend oder ebenfalls auf einer rotierbaren Messertrommel angeordnet sein kann. Um ein Abtrennen von Bogen von der endlosen Bahn bei einer hohen Fertigungsgeschwindigkeit verwirklichen zu können, ist eine hohe Umdrehungsgeschwindigkeit der Messertrommel erforderlich. Dabei treten Eigenschwingungen an der Messertrommel auf, die zu unerwünschten Schnittaussetzern oder zumindest zur Verminderung der Schnittqualität führen können. Bei einem Querschneider, bei dem zwei Messertrommeln gegenläufig mit derselben Geschwindigkeit umlaufen, treten in erster Linie Biegeschwingungen auf, die als Hauptursache für die Schnittaussetzer bzw. die mangelhafte Schnittqualität anzusehen sind. Um den Einfluss derartiger Eigenschwingungen zu reduzieren, schlägt die DE-OS 29 23 516 vor, im Inneren der Messertrommel ein dynamisches Dämpfungssystem mit einer auf die Eigenfrequenz der Messertrommel abgestimmten Eigenfrequenz anzuordnen. Dieses dynamische Dämpfungssystem setzt einen Hohlraum in der Messertrommel voraus, der eine gewisse Größe nicht unterschreiten kann, da genügend Raum für ein wirkungsvolles Dämpfungssystem zur Verfügung stehen muss. Die Messertrommel muss daher einen Mindestdurchmesser aufweisen, so dass eine kompakte Gestaltung des Querschneiders schwierig ist. Weiterhin ist eine Nachrüstung einer bereits vorhandenen Messertrommel mit einem derartigen Dämpfungssystem aufwändig und kostenträchtig.
Aus der gattungsgehenden DE- 29 17 937 B2 ist ein Querschneider mit wenigstens einer rotierenden Messerwalze geringen Massenträgheltsmoments bekannt. Die Messerwalze trägt wenigstens ein Schneidmesser und wirkt mit wenigstens einem Gegenmesser zusammen und ist über maschinenfest gelagerte Rollen abgestützt, die unerwünschte Biegeschwingungen der Messerwalze abfangen sollen. Die Stützrollen stehen mit der Messerwalze über zylindrische Laufflächen in mechanischem Kontakt und ermöglichen damit eine Kraftübertragung von der Messerwalze in ein Maschinenbett des Querschneiders. Bei diesem Querschneider können auch Messerwalzen mit geringem Durchmesser eingesetzt werden, da kein Hohlraum für die Schwlngungsdämpfungseinrichtung vorgesehen werden muss. Allerdings müssen an der Messerwalze die zylindrischen Laufflächen vorgesehen sein, so dass eine Nachrüstung eines Querschnelders mit dieser Art der Schwingungsdämpfung nahezu ausgeschlossen ist. Eine Nachrüstung würde erhebliche Modifikationen am Maschinenbett und an den Messerwalzen erfordern.
Aus dem US-Patent 6,389,941 ist ein rotierendes Messer mit einem elektronisch gesteuerten aktiven Dämpfungssystem bekannt, um Vibrationen des Messerzylinders zu kontrollieren. Das System benutzt ein Paar von elektromagnetischen Aktuatoren, um entgegengesetzte Zugkräfte auf den ferromagnetischen Teil eines Hebelarms auszuüben, der außerhalb des Bereichs eines Messerzylinders an dessen Unterstützungswelle angekoppelt ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Schwingungsdämpfung für einen Querschneider, ein Verfahren zum Betrieb eines schwingungsgedämpften Querschneiders sowie eine für den schwingungegedämpften Querschneider geeignete Messerwelle zu schaffen, die eine Neuausrüstung oder eine Nachrüstung eines Querschneiders mit einer Schwingungsdämpfung ermöglichen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen Querschneider gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Mittel zur Deformationskompensation ermöglichen die Ausübung einer Abstoßungs- oder Anziehungskraft auf die Messerwelle. Mit den Mitteln zur Deformationskompensation ist ohne einen körperlichen, insbesondere mechanischen Kontakt zwischen den Mitteln und der Messerwelle eine Kraft aufbringbar, die der statischen und/oder dynamischen Deformation der Messerwelle entgegengesetzt ist. Diese Kraft kann somit für eine Reduzierung oder gänzliche Auslöschung der Schwingungen der Messerwelle eingesetzt werden. Als Mittel zur Deformationskompensation kommen Einrichtungen in Frage, die in der Lage sind, durch Aussendung von Kraftfeldern oder Teilchen berührungslos Kräfte auf die Messerwelle auszuüben. Dafür kommen insbesondere Magneteinrichtungen, elektrostatisch betriebene Einrichtungen oder auch Einrichtungen zur Aussendung von Materieströmen, insbesondere eines Preseluftstrahls, In Frage. Durch die berührungsfreie Kraftausübung von den Mitteln zur Deformationskompensation auf die Messerwelle kann im Idealfell auf jegliche Modifikation der Messerwelle verzichtet werden, so dass im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik eine Nachrüstung eines bestehenden Querschneiders möglich ist. Weiterhin ermöglicht eine berührungsfreie Kraftausübung einen besonders verschleißarmen Betrieb des Querschneiders, da keine Reibung zwischen den Mitteln zur Deformationskompensation und der Messerwelle auftreten. Außerdem werden Schwingungen der Messerwelle nicht oder zumindest nicht unmittelbar auf die Mittel zur Deformationskompensation übertragen, womit eine erheblich reduzierte Belastung der Mittel für die Deformationskompensation sichergestellt ist. Mittel zur Deformationskompensation sind Mittel zur Dämpfung von Schwingungen, insbesondere Elgenschwingungen, der Messerwelle und umfassen auch Mittel, die nur eine teilweise Kompensation der Deformation der Messerwelle erlauben. Mit Hilfe der berührungslos wirkenden Mittel zur Deformationskompensation können neu herzustellende Querschneider ausgerüstet und bestehende Querschneider nachgerüstet werden. Die berührungslos wirkenden Mittel zur Deformationskompensation erlauben den Einsatz von Messerwellen mit einer besonders schlanken Kontur in Querschneidern, wodurch die Gesamteigenschaften des Querschneiders verbessert werden.
Nach der Erfindung weisen die Mittel für die Deformationskompensation zumindest eine, bevorzugt an einem Maschinenbett angebrachte, Magneteinrichtung auf, die von einer Steuereinheit ansteuerbar ist. Die Magneteinrichtung, die Insbesondere als elektrisch betrelbbare Magnetspule oder als Permanentmagnet ausgeführt sein kann, ermöglicht eine berührungsfreie Kraftausübung auf die typischerweise aus Metall, Insbesondere Stahl, gefertigte Messerwelle. Die Magneteinrichtung kann die Messerwelle anziehen. Es ist ergänzend oder alternativ auch möglich, die Messerwelle mit magnetischen oder magnetisierbaren Elementen auszurüsten, die in Wechselrichtung mit der Magneteinrichtung treten und von dieser angezogen oder auch abgestoßen werden können.
In Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine Deformationsmesseinrichtung vorgesehen, die für die Ermittlung einer Deformation zumindest einer Messerwelle und für die Bereitstellung eines Deformationssignals ausgebildet ist. Eine Deformationsmesseinrichtung ermöglicht eine Ermittlung der statischen und/oder dynamischen Deformation der Messerwelle durch Abtastung einer Oberfläche oder einer Referenzgeometrie der Messerwelle. Die Abtastung kann durch Berührung der Oberfläche oder der Referenzgeometrie oder alternativ auch berührungsfrei erfolgen. Als Deformationsmesseinrichtung können insbesondere mechanische Taster, die die
Oberfläche oder die Referenzgeometrie der Messerwelle abtasten, Dehnmessstreifen oder berührungslose, insbesondere optische oder kapazitive Messaufnehmer, vorgesehen werden. Die von der Deformationsmesseinrichtung ermittelte Deformation der Messerwelle kann in Form eines Deformationssignals für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden. Das Deformationssignal kann insbesondere als analoges oder digitales elektrisches, optisches oder mechanisches Signal zur Verfügung gestellt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Deformationsmesseinrichtung für eine Deformationsermittlung orthogonal zu einer Rotationsachse der Messerwelle vorgesehen. Die insbesondere durch die Schnittvorgänge des Querschneiders angeregten Eigenfrequenzen der Messerwelle und die dadurch hervorgerufenen Biegeschwingungen führen zu einer Deformation, das heißt zu einer Auslenkung der Messerwelle orthogonal, also in Querrichtung zu deren Rotationsachse. Eine Anbringung der Deformationsmesseinrichtung orthogonal zur Rotationsachse der Messerwelle ermöglicht eine besonders vorteilhafte Ermittlung der Messerwellendeformation. Insbesondere im Hinblick auf eine Nachrüstung bestehender Querschneider ist eine derartige Anordnung der Deformationsmesseinrichtung bevorzugt, da in der Raumrichtung orthogonal zur Rotationsachse der Messerwelle noch am ehesten Bauraum für die Unterbringung entsprechender Deformationsmesseinrichtungen zur Verfügung steht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Deformationsmesseinrichtung in einem Amplitudenbereich einer Eigenform der Messerwelle angeordnet. Bedingt durch die Anregung der Messerwelle während des Schnittvorgangs stellen sich in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit der Messerwelle unterschiedliche Schwingungszustände ein. Diese Schwingungszustände werden von Resonanzschwingungen verschiedener Ordnungen maßgeblich beeinflusst. Eine Eigenschwingung erster Ordnung, die auch als erste Eigenform bezeichnet wird, weist eine Wellenlänge auf, die zumindest in etwa der doppelten Länge der Messerwalze entspricht. Eigenschwingungen oder Eigenformen höherer Ordnung weisen Wellenlängen mit jeweils einem ganzzahligen Bruchteil der Wellenlänge der ersten Eigenform auf. Bei den für einen Querschneider typischen Drehzahlen der Messerwelle von 300 bis 600 Umdrehungen pro Minute dominiert die zweite Eigenform, d.h. die Wellenlänge der Eigenschwingung der Messerwelle entspricht der Länge der Messerwelle. Die Amplitude der Eigenschwingung, d.h. der Maximalwert der Auslenkung der Messerwelle tritt jeweils in Bereichen auf, die auf einem Viertel bzw. einem Dreiviertel der Messerwellenlänge angesiedelt sind. Schwingungsminima, also Bereiche mit geringer oder keiner Auslenkung finden sich bei Betrachtung der zweiten Eigenform jeweils endseitig und auf der halben Länge der Messerwelle. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeweils eine Deformationsmesseinrichtung den Orten längs der Rotationsachse der Messerwelle zugeordnet, an denen die Amplituden der zweiten Eigenform vorliegen. Damit ist sichergestellt, dass hinsichtlich der zweiten Eigenform der Messerwelle eine besonders vorteilhafte Ermittlung der Deformation der Messerwelle durch die Deformationsmesseinrichtung erzielt werden kann und somit ein besonders exaktes Deformationssignal zur Verfügung gestellt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Deformationsmesseinrichtung als Abstarsdsmesseinrichtung zur Ermittlung einer Beabstandung der Messerwelle von einer Gegenwelle oder zur Ermittlung einer Beabstandung zumindest einer Messerwelle vom Maschinenbett vorgesehen. Einer Ermittlung des Abstandes zwischen der Messerwelle und einer Gegenwelle, die insbesondere als weitere Messerwelle ausgeführt sein kann, liegt die Überlegung zugrunde, dass sich die beiden Wellen bedingt durch die auftretenden Schnittkräfte dynamisch im Wesentlichen identisch, jedoch gegensinnig deformieren. Im Bereich der Amplituden der Eigenschwingungen tritt daher eine besonders ausgeprägte Beabstandung bzw. Annäherung der Messerwellen auf, die messtechnisch gut zu erfassen ist. Die Anbringung von als Abstandsmesseinrichtungen ausgeführten Deformationsmesseinrichtungen an einem Maschinenbett des Querschneiders ist technisch einfacher umsetzbar und erfordert keine Übertragung des Deformationssignals von den rotierenden Messerwellen. Dies ermöglicht den Einsatz eines größeren Spektrums an Sensoren für die Abstandsmessung, so dass gegebenenfalls eine kostengünstigere Verwirklichung der Deformationsmesseinrichtung möglich ist. Zudem können dadurch jeder Messerwelle eine oder mehrere Deformationsmesseinrichtungen zugeordnet werden, die für jede Messerwelle die für eine individuelle Deformationskompensation notwendigen Deformationssignale bereitstellen. Die Deformationsmesseinrichtungen werden an dem typischerweise extrem steif ausgeführten Maschinenbett angebracht und auf die Messerwelle kalibriert, so dass eine exakte Vermessung eines Abstands zwischen der Deformationsmesseinrichtung und einer Oberfläche der Messerwelle erfolgen kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zumindest einer Messerwelle mehrere Deformationsmesseinrichtungen zugeordnet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist den Mitteln zur Deformationskompensation eine Steuereinheit zugeordnet, die für eine Steuerung eines von den Mitteln abgebbaren Kraftfeldes ausgebildet ist. Die Steuereinheit ermöglicht eine Beeinflussung des Kraftfeldes, das von den Mitteln zur Deformationskompensation für die berührungsfreie Kraftausübung auf die Messerwelle abgegeben werden kann. Die Steuereinrichtung ist derart eingerichtet, dass eine durch die auftretenden Eigenschwingungen bedingte Auslenkung der Messerwelle und insbesondere ein dadurch hervorgerufenes Deformationssignal mit einer von der Steuereinheit bestimmbaren Krafteinwirkung der Mittel zur Deformationskompensation auf die Messerwelle beantwortet wird. Dabei kann in der Steuereinheit ein Kennfeld oder ein Algorithmus hinterlegt sein, der die Steuerung oder Regelung des Kraftfeldes in Abhängigkeit von äußeren Parametern wie der Rotationsgeschwindigkeit der Messerwelle und/oder von der durch die Deformationsmesseinrichtung ermittelte Deformation der Messerwelle vorgibt und damit eine bedarfsgerechte Abgabe der auf die Messerwelle auszuübenden Kräfte ermöglicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die von der Steuereinheit beeinflussten Mittel zur Deformationskompensation in Abhängigkeit des von der Deformationsmesseinrichtung erzeugten Deformationssignals anzusteuern, so dass eine geschlossene Regelschleife entsteht und eine Regelung zur Deformationskompensation vorliegt.
Die Verwendung einer am Maschinenbett angebrachten Magnetspule zur berührungsfreien Kraftausübung auf die Messerwelle ermöglicht eine Beeinflussung der Magnetkräfte ohne bewegte Teile, da die Magnetkraft der Magnetspule allein durch die zur Verfügung gestellte elektrische Leistung beeinflussbar ist. Bei Verwendung einer mit Permanentmagneten ausgeführten Magneteinrichtung muss hingegen ein mechanisches Stellglied zur Verfügung gestellt werden, das insbesondere durch Ein- oder Ausschieben einer Abschirmeinrichtung oder durch Annähern oder Entfernen des Permanentmagneten von der Messerwelle eine Beeinflussung der Kraftausübung zwischen Permanentmagnet und Messerwelle ermöglicht. Die Magnetspule oder die den Permanentmagneten zugeordnete Stelleinrichtung sind erfingdungsgemäß derart betreibbar, dass die Eigenschwingungen der Messerwelle zumindest im Wesentlichen durch eine entsprechende Ausübung von Magnetkräften kompensiert werden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind einer ersten Messerwelle Mittel zur Ausübung von Anziehungskräften zugeordnet und einer zweiten Messerwelle Mittel zur Ausübung von Abstoßungskräften zugeordnet. Bei einem typischen Querschneider verläuft die zu beschneidende Materialbahn, Insbesondere eine Papierbahn, im Wesentlichen horizontal, so dass die gegenläufigen Messerwellen vertikal übereinander angeordnet sind und mit ihren Rotationsachsen horizontal ausgerichtet sind. Im Bereich der Materialbahn Ist eine Anordnung von Mitteln zur Deformationskompensation aufwändig. Es bietet sich daher an, die Mittel zur Deformationskompensation für die vertikal unterhalb der Materialbahn angeordnete Messerwelle In vertikaler Richtung unterhalb dieser Messerwelle anzuordnen. Die Mittel zur Deformationskompensation für die Messerwelle oberhalb der Materialbahn können insbesondere oberhalb dieser Messerwelle angeordnet werden. Durch diese Konstellation der Ausübung von Anziehungs- und Abstoßungskräften auf die jeweiligen Messerwellen wird eine vorteilhafte Deformationskompensation erreicht. Beide Messerwellen biegen sich bereits durch ihr Eigengewicht statisch in vertikaler Richtung nach unten durch. Für die untere Messerwelle kann durch die Mittel zur Deformationskompensation eine Im Wesentlichen vertikal nach oben gerichtete Abstoßungskraft ausgeübt werden, die eine vorteilhafte statische und dynamische Deformationskompensation ermöglicht. Für die obere Messerwelle ermöglicht hingegen eine Ausübung von im Wesentlichen vertikal nach oben gerichteten Anziehungskräften die vorteilhafte statische und dynamische Deformationskompensation. Das heißt, bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden beide Messerwellen zumindest im Wesentlichen mit Kräften in vertikaler Richtung nach oben beaufschlagt, wobei für die untere Messerwelle Abstoßungskräfte und für die obere Messerwelle Anziehungskräfte eingesetzt werden
Ein Verfahren zur Deformationskompensation einer Messerwelle enthält die Schritte: Ermittlung einer Deformation der Messerwelle und Bereitstellung eines Deformationssignals durch eine Deformationsmmmeinrichtung, Verarbeitung des Deformationssignals in einer Steuereinheit, Bereitstellung eines Kompensationssignals durch die Steuereinheit zur Ansteuerung zumindest eines Mittels zur Deformationskompensation zur Ausübung einer Kompensationskraft auf die Messerwelle. Alternativ zu der beschriebenen Ermittlung der Deformation der Messerwelle kann auch eine angenommene Deformation der Messerwelle der Ansteuerung der Mittel zur Deformationskompensation zugrunde gelegt werden. Dabei kann das entsprechende Kompensationssignal von der Steuereinheit beispielsweise in Abhängigkeit einer Rotationsgeschwindigkeit der Messerwelle ermittelt und dem Mittel zur Deformationskompensation zur Ausübung der Kompensationskraft zur Verfügung gestellt werden, so dass eine gesteuerte Deformationskompensation vorliegt. Das Verfahren macht Gebrauch von einer geschlossenen Regelschleife, bei der die Deformation der Messerwelle ermittelt wird und als Deformatlonsslgnal der Steuereinheit zur Verfügung gestellt wird, die ihrerseits anhand einer empirisch ermittelten Korrelatlonstabelle oder eines Algorithmus ein Kompensationssignal generiert, das geeignet ist, die Mittel zur Deformationskompensation derart anzusteuern, dass die Eigenschwingung der Messerwelle zumindest im Wesentlichen gedämpft werden kann bzw. vollständig eliminiert werden kann.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Messerwelle für einen Querschneider mit zumindest einem Schneidmesser gelöst, bei der in einem Umfangsbereich zumindest abschnittsweise Magneteinrichtungen für eine Deformationskompensation vorgesehen sind. Eine derart ausgestattete Messerwelle ist insbesondere für einen Einsatz in einem Querschneider mit zwei gegenläufig rotierenden Messerwellen als untere Messerwelle geeignet, da die untere Messerwelle bevorzugt durch Abstoßungskräfte schwingungsgedämpft und damit deformationskompensiert werden kann. Durch den Einsatz der Magneteinrichtungen, die insbesondere als Permanentmagnete und/oder elektrisch betreibbare Magnetspulen ausgeführt sind, können in Zusammenwirkung mit insbesondere am Maschinenbett angebrachten Magneteinrichtungen die erforderlichen Abstoßungskräfte zur Kompensation der statischen und der dynamischen Durchbiegung ausgeübt werden. Denkbar ist auch der Einsatz von zwei gleichartig mit Magneteinrichtungen ausgestatteten, gegenläufig angeordneten Messerwellen in einem Querschneider, der für ein Zerschneiden einer vertikal verlaufenden Materialbahn vorgesehen ist. Dabei können beide Messerwellen durch Magneteinrichtungen in vertikaler Richtung nach oben mit Abstoßungskräften beaufschlagt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, das anhand der Figuren dargestellt ist. Dabei zeigt:

Fig.1: eine schematische Darstellung eines mit zwei Messerwellen und mehreren Mitteln zur Deformationskompensation ausgestatteten Querschneiders,
Fig. 2: in schematischer Schnittdarstellung die Messerwellen des Querschneiders gemäß der Fig. 1.

Bei der Darstellung eines Querschneiders gemäß der Fig. 1 handelt es sich um ein schematisches Blockschaltbild, in dem mit Ausnahme des nicht dargestellten Maschinenbetts die wesentlichen Komponenten des Querschneiders dargestellt sind. Der Querschneider 1 weist eine obere Messerwelle 2 sowie eine untere Messerwelle 3 auf, die jeweils endseitig in Kugellagern 4 drehbar um Rotationsachsen 5 aufgenommen sind. Die Rotationsachsen 5 sind parallel zueinander ausgerichtet und ermöglichen eine gegensinnige Rotation der oberen Messerwelle 2 sowie der unteren Messerwelle 3. Die Messerwellen 2, 3 sind jeweils mit nicht dargestellten Schneidmessern bestückt, die sich parallel zur Rotationsachse 5 am Umfang der jeweiligen Messerwelle 2, 3 erstrecken. Da es sich bei der Darstellung gemäß der Fig. 1 um eine schematische Darstellung handelt, sind die Messerwellen 2, 3 voneinander entfernt angeordnet, um die jeweilige Zuordnung der nachfolgend im Einzelnen beschriebenen weiteren Komponenten besser darstellen zu können. Im Betrieb sind die Messerwellen 2, 3 vorzugsweise in einem Abstand von ca. 5 bis 10 mm angeordnet, so dass die zu schneidende Materialbahn zwischen den Messerwellen 2, 3 hindurchgeführt werden kann.
Beiden Messerwellen 2, 3 sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils als optische Abstandssensoren ausgeführte Deformationsmesseinrichtungen 6 zugeordnet, die eine berührungslose Abstandsmessung vom nicht dargestellten Maschinenbett zur Oberfläche der Messerwellen 2, 3 ermöglichen. Die Deformationsmesseinrichtungen 6 sind am Maschinenbett des Querschneiders 1 angebracht und können insbesondere derart kalibriert sein, dass sie bei ruhenden Messerwellen 2, 3 exakt in der Mitte Ihres Messbereichs, das heißt in ihrem Arbeitspunkt liegen und beispielsweise ein Nullsignal an die jeweiligen Steuereinheiten 7 abgeben. Damit ist sichergestellt, dass die im Betrieb auftretenden Eigenschwingungen der Messerwellen 2,3 mit positiver oder negativer Amplitude über einen möglichst großen Bereich exakt vermessen werden können. Die jeweils einer Messerwelle 2 oder 3 zugeordneten Steuereinheiten 7 sind über eine Steuerleitung 8 miteinander gekoppelt, um eine Plausibilitätsprüfung der von den Deformationsmesseinrichtungen 6 ermittelten Abstandswerte sowie eine aufeinander abgestimmte Beeinflussung der Messerwellen 2, 3 über die Mittel zur Deformationskompensation ausüben zu können.
Als Mittel zur Deformationskompensation sind elektromagnetische Spulenanordnungen 9 vorgesehen, die von der jeweiligen Steuereinheit 7 mit einer elektrischen Leistung beaufschlagt werden können und jeweils berührungslos Kräfte auf die Messerwellen 2, 3 ausüben können. Die obere Messerwelle 2 ist im Wesentlichen als Stahlzylinder ausgeführt und weist, wie in der Fig. 2 näher dargestellt ist, einen kreisrunden Querschnitt auf. Exemplarisch ist in der Fig. 2 ein Schneidmesser 10 dargestellt, typische Messerwellen weisen 3 oder 4 mit gleicher Winkelteilung über den Umfang verteilte Schneidmesser 10 auf. Das metallische Material der oberen Messerwelle 2 ermöglicht eine Anziehung der Messerwelle 2 durch die Spulenanordnungen 9, so dass eine Kraft von den Spulenanordnungen 9 in im Wesentlichen vertikaler Richtung nach oben auf die obere Messerwelle 2 ausgeübt werden kann. Für eine besonders vorteilhafte Schwingungsdämpfung sind gemäß der Fig. 2 der oberen Messerwelle 2 drei Spulenanordnungen 9 zugeordnet, die in einem Winkelbereich von ca. 60° die Ausübung einer Magnetkraft auf die obere Messerwelle 2 ermöglichen, so dass Schwingungen, insbesondere Eigenschwingungen der oberen Messerwelle 2, über diesen Winkelbereich gedämpft werden können.
Bei der unteren Messerwelle 3 sind jeweils in den Bereichen der Messerwelle 3, in denen die zweite Eigenform der Eigenschwingung jeweils ihre maximale Amplitude aufweist, am Umfang verteilte, mit dem Pluspol radial nach außen gerichteten Permanentmagnete vorgesehen. Die Permanentmagnete können von den von der Steuereinheit 7 ansteuerbaren, in vertikaler Richtung unterhalb der unteren Messerwelle 3 angeordneten Spulenanordnungen 9 mit einer Abstoßungskraft beaufschlagt werden und ermöglichen somit eine Deformationskompensation der unteren Messerwelle 3 im Wesentlichen in vertikaler Richtung nach oben.
Wie in der Fig. 2 näher dargestellt, sind die Schneidmesser 10 derart an den Messerwellen 2, 3 angeordnet, dass sie bei Gleichlauf der Messerwellen 2, 3 zu einer geringfügigen radialen Überdeckung der Schneiden führen, wodurch eine zwischen den Messerwellen 2, 3 aufgenommene Papierbahn 11, die in einer Förderrichtung 12 zwischen den Messerwellen 2, 3 hindurch befördert wird, zerteilt werden kann. Während die obere Messerwelle 2 aus einem metallischen Vollmaterial hergestellt ist und durch die von den Spulenanordnungen 9 ausgeübten Magnetkräfte in vertikaler Richtung nach oben angezogen werden kann, sind bei der unteren Messerwelle 3 in radialer Richtung angeordnete, bündig mit der Messerwellenoberfläche eingesetzte Permanentmagnete 13 vorgesehen, die jeweils mit einer gleichsinnigen Polung, vorliegend dem Pluspol, radial nach außen weisen. Durch Anlegen einer geeigneten Spannung kann bei den Spulenanordnungen 9, die der unteren Messerwelle 3 zugeordnet sind, ein derartiges Magnetfeld erzeugt werden, dass es zu einer Abstoßung zwischen den Spulenanordnungen 9 und den Permanentmagneten 13 kommt, wie dies durch die Pfeildarstellung gemäß der Fig. 2 angedeutet ist. Die dadurch hervorgerufene Abstoßung ermöglicht sowohl eine Kompensation des statischen Biegemoments der unteren Messerwelle 2 als auch eine Kompensation des dynamischen, durch die Eigenschwingung hervorgerufenen Biegemoments.
Bei nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung können eine oder beide Messerwellen auch aus insbesondere kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen hergestellt sein, die wenigstens im Bereich der Magnetanordnung mit metallischen Einlagen versehen sind.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind für die obere Messerwelle sowie für die untere Messerwelle jeweils drei Schneidmesser mit einer Winkelteilung von jeweils 120° vorgesehen, wobei in Umfangsbereichen zwischen den Schneidmessern der unteren Messerwelle jeweils Permanentmagnete vorgesehen sind, die eine Abstoßung durch die Spulenanordnungen ermöglichen.
Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform sind die Deformationsmesseinrichtungen für eine Ermittlung einer Oberflächenspannung in der Messerwelle ausgebildet und insbesondere als piezoelektrische Elemente, als Dehnmessstreifen oder als optisch abtastbare Dehnfolie ausgeführt und ermöglichen damit die Ermittlung der Deformation der Messerwelle.

Claims

Querschneider mit zumindest einer Messerwelle (2, 3) und Mitteln zur Deformationskompensation für zumindest eine Messerwelle (2, 3), dadurch gekennzeichet, dass Mittel (9, 13) zur Deformationskompensation für eine berührungsfrele Kraftausübung auf die zumindest eine Messerwelle (2, 3) vorgesehen sind, die eine an einem Maschinenbett angebrachte Magneteinrichtung, Insbesondere eine Magnetspule oder einen Permanentmagneten, aufweisen, die von einer Steuereinheit (7) ansteuerbar ist, und die Ausübung einer Abstoßungs- oder Anziehungskraft auf eine Messerwelle (2, 3) ermöglichen.
Querschneider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Deformationsmesseinrichtung (6) vorgesehen ist, die für die Ermittlung einer Deformation zumindest einer Messerwelle (2, 3) und für die Bereitstellung eines Deformationssignals ausgebildet ist.
Querschneider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationsmesseinrichtung (6) für eine Deformationsermittiung orthogonal zu einer Rotationsachse (5) der Messerwelle (2, 3) vorgesehen ist.
Querschneider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationsmesseinrichtung (6) in einem Amplitudenbereich einer Eigenform der Messerwelle (2, 3), insbesondere der zweiten Eigenform, angeordnet ist.
Querschneider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationsmesseinrichtung (6) als Abstandsmesseinrichtung zur Ermittlung einer Beabstandung der Messerwelle (2, 3) von einer Gegenwelle, insbesondere einer weiteren Messerwelle (2, 3) oder zur Ermittlung einer Beabstandung zumindest einer Messerwelle (2, 3) vom Maschinenbett vorgesehen ist.
Querschneider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Mitteln (9, 13) zur Deformationskompensation eine Steuereinheit (7) zugeordnet ist, die für eine Steuerung eines von den Mitteln (9, 13) abgebbaren Kraftfeldes, insbesondere für eine Regelung in Abhängigkeit des von der Deformationsmesseinrichtung (6) erzeugten Deformationssignals, ausgebildet ist.
Querschneider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer ersten Messerwelle (2, 3) Mittel zur Ausübung von Anziehurtgskräften zugeordnet sind und einer zweiten Messerwelle (2, 3) Mittel zur Ausübung von Abstoßungskräften zugeordnet sind.
Messerwelle (2, 3) für einen Querschneider, die mit zumindest einem Schneidmesser (10) bestückt ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Umfangsbereich der Messerwelle (2, 3) zumindest abschnittsweise Magneteinrichtungen (13), insbesondere Permanentmagnete und/oder elektrisch betreibbare Magnetspulen, für eine Deformationskompensation vorgesehen sind.