VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SATZES VON MITEINANDER METHOD FOR MANUFACTURE OF A RECIPROCAL SET
KOOPERIERENDEN PRÄGEWALZEN COOPERATING EMBOSSING ROLLERS
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Satzes von miteinander kooperierenden Prägewalzen für eine Vorrichtung zum Prägen von The present invention relates to a method of manufacturing a set of co-operating embossing rollers for a device for embossing
Verpackungsmaterialien. Verpackungsfolien für die Packaging materials. Packaging films for the
Tabakindustrie oder für die Lebensmittelindustrie werden schon seit geraumer Zeit mit Prägewalzen-Vorrichtungen geprägt, wobei es sich z. B. um sogenannte Innerliner, die um eine Anzahl Zigaretten gehüllt werden oder um Tobacco industry or for the food industry have been coined for some time with embossing roll devices, which are, for. As so-called inner liners, which are wrapped around a number of cigarettes or in order
Verpackungsmaterial für Schokolade, Butter oder ähnliche Lebensmittel, Elektronikbauteile, Schmuck oder Uhren handeln kann . Packaging material for chocolate, butter or similar foods, electronic components, jewelry or watches can act.
Seit etwa 1980, nach dem Anmelden der US-5 007 271 des gleichen Anmelders, wurden vor allem in der Tabakindustrie zunehmend Stahlwalzen verwendet, die mit einer sehr grossen Anzahl von kleinen Zähnen ausgestattet sind, wodurch Since about 1980, after the filing of US-5,007,271 of the same applicant, increasingly in the tobacco industry steel rollers were used which are equipped with a very large number of small teeth, thereby
einerseits ein mattes Aussehen der im Normalzustand on the one hand a dull appearance of the normal state
glänzenden Metallfolien erzielt wurde und andererseits eine Konditionierung der Folie um die Weiterverarbeitung zu vereinfachen. Durch gänzliches oder partielles Entfernen von Zähnen werden die sogenannten Logos erzeugt, die auch verschiedene optische Effekte zeigen können. Im Zuge derglossy metal foils was achieved and on the other hand, a conditioning of the film for further processing easier. By completely or partially removing teeth, the so-called logos are generated, which can also show various optical effects. In the course of
Verbesserung der Verfahren zur Herstellung von Walzen wurden die Zähne, bzw. deren Abstände voreinander immer kleiner und die Oberfläche der Zähne wird ebenfalls bearbeitet, um beispielsweise Authentifizierungsmerkmale oder auch To improve the processes for producing rolls, the teeth, or their distances from one another, have become ever smaller and the surface of the teeth is also being processed, for example to provide authentication features or else
Farbmuster durch Interferenz zu erzeugen. To create color patterns by interference.
Durch noch weiter verbesserte Herstellungsverfahren, By still further improved manufacturing process,
beispielsweise mittels Laser, können auch Prägewalzen hergestellt werden, die keine Zähne aufweisen sondern nur
noch Erhebungen und Vertiefungen, um die gewünschten Logos zu erzeugen. Gleichzeitig wurde dazu übergegangen, ausgehend von reinen Metallfolien metallisierte und beschichtete For example, by means of laser, embossing rollers can be produced that have no teeth but only still elevations and depressions to produce the desired logos. At the same time, a transition was made to metalized and coated starting from pure metal foils
Folien zu verwenden, wobei der Metallanteil immer geringer wurde, um in der neusten Entwicklung ganz zu entfallen. Foils to use, with the metal content was always lower, in the latest development completely eliminated.
Dadurch wurde jedoch der ganze Verpackungsprozess mit Folien schwieriger, insbesondere der dem Prägen folgende Faltungsund Einpackungsprozess sowie die Logostrukturen immer feiner. Dies bedingt eine starke Erhöhung des Druckes der beiden miteinander kooperierenden Prägewalzen. However, this made the whole packaging process with films more difficult, especially the embossing following folding and packaging process and the logo structures ever finer. This causes a strong increase in the pressure of the two co-operating embossing rollers.
Neben dem optischen Erscheinungsbild durch Aufbringen von dekorativen Strukturen, Logos, etc. auf Folien, werden über den Prägeprozess ebenfalls die mechanischen Eigenschaften beeinflusst, speziell die Neigung nach der maschinellen Faltung den gewünschten Faltungswinkel nicht halten zu können. Durch eine Prägung kann dieser Effekt der Folie deutlich verringert werden, was die Maschinengängigkeit der Folie vergrössert und damit den produzierten Aussschuss bei der Verpackung verringert (siehe z.B. WO 00/69622 AI und WO 2002/076716) . Der Trend, bei der Wahl der Materialien den metallischen Anteil weiter zu verringern, wirkt sich negativ auf die Falteigenschaften aus, da reine Metallfolie kein Zurückklappen zeigen (z.B. reines, ungebrochenes Papier im Vergleich dazu ein Öffnen des Faltwinkels kennt) . Steigende Anforderungen an die Finesse von optischen Effekten In addition to the visual appearance by applying decorative structures, logos, etc. on films, the mechanical properties are also influenced by the embossing process, especially the tendency to not be able to keep the desired folding angle after the mechanical folding. By embossing, this effect of the film can be significantly reduced, which increases the machinability of the film and thus reduces the produced shot in the packaging (see for example WO 00/69622 AI and WO 2002/076716). The trend to further reduce the metallic content in the choice of materials has a negative effect on the folding properties, since pure metal foil does not show folding back (e.g., pure, unbroken paper knows opening of the folding angle). Increasing demands on the finesse of optical effects
erfordern darüberhinaus immer feinere Strukturen. Diese beiden Problematiken, die Materialwahl (einhergehend mit den Falteigenschaften) und die gestiegenen Anforderungen an die Flächendichte zu prägender Strukturen (z.B. Linien pro linearen cm) , können mit vergrössertem Prägedruck gelöst werden . furthermore require ever finer structures. Both of these problems, the choice of material (along with the folding properties) and the increased surface density requirements for embossed structures (e.g., lines per linear cm), can be solved with increased embossing pressure.
Infolge der Erhöhung des Prägedruckes und Verringerung des Abstandes zwischen der mit Logos versehenen Prägewalze und der Gegenwalze wird insbesondere die Prägewalze mit den
Logos derart mechanisch verformt, dass ein gleichmässiges Prägen nicht mehr gewährleistet werden kann, insbesondere wenn es sich um sehr feine Strukturen auf der Prägewalze handelt . As a result of increasing the embossing pressure and reducing the distance between the logo-embossing roll and the counter roll in particular the embossing roll with the Logos deformed mechanically so that a uniform embossing can no longer be guaranteed, especially when it comes to very fine structures on the embossing roll.
Mit steigender Flächendichte der Prägestrukturen (z.B. 800 Linien pro linearen cm) eröffnen sich immer mehr mögliche optische Effekte, welche z.B. für die Dekoration ausgenutzt werden können. Im gleichen Sinne nehmen aber auch die As the surface density of the embossed structures increases (e.g., 800 lines per linear centimeter), more and more possible optical effects, e.g. can be used for decoration. In the same sense but also take the
Artefakte zu, die durch Fehler bei der Fertigung entstehen, und folglich z.B. eine inhomogene Prägung. Vom Anwender gefürchtet sind lokal überstarke Prägedrücke, welche im Prägematerial Löcher erzeugen können. Ein homogener Artifacts resulting from manufacturing errors, and thus, e.g. an inhomogeneous imprint. Feared by the user are locally excessive embossing impressions, which can produce holes in the embossing material. A homogeneous one
Prägedruck im Prägebereich zwischen den Prägewalzen ist daher unerlässlich . Bei ausreichend starken Prägedrücken zeigen Prägewalzen aber eine mechanische Durchbiegung undEmbossing in the embossing area between the embossing rollers is therefore essential. With sufficiently strong embossing presses, however, embossing rolls show a mechanical deflection and
Verformung des Walzenkörpers, welche die geforderte homogene Druckverteilung unmöglich machen. Mit grösserem Deformation of the roll body, which make the required homogeneous pressure distribution impossible. With bigger
Walzendurchmesser kann dem entgegengewirkt werden. Technisch ist eine Durchmesservergrösserung leicht denkbar, oft sprechen aber anwendungsbasierte Gründe dagegen. Ein Roller diameter can be counteracted. Technically, diameter enlargement is easily conceivable, but application-based reasons often speak against it. One
Beispiel ist eine feste Abwicklungslänge bei Example is a fixed run length at
Verpackungsprodukten, die einen festen Umfang der Walze bedingt . Dabei wird davon ausgegangen, dass in der Regel die Packaging products that require a fixed circumference of the roller. It is assumed that, as a rule, the
Gegenwalze einen grösseren Umfang aufweist als die Counter roll has a greater extent than the
Prägewalze . Embossing roll.
Dies liegt daran, dass der Durchmesser der Prägewalze, also derjenigen Walze auf der sich z.B. die Logos befinden, oft einen anwendungsseitig definierten Durchmesser haben muss. Um bei dieser Walze eine Durchbiegung zu vermeiden, gibt es unterschiedliche technische Ansätze. Es wären weitere, hinter der Prägewalze angebrachte Stützwalzen denkbar. Das Prinzip ist hier die Verteilung der auf die Prägewalze
wirkenden Kräfte auf weitere hinter der Prägewalze This is due to the fact that the diameter of the embossing roller, ie the roller on which, for example, the logos are located, often has to have a diameter defined on the application side. In order to avoid bending in this roller, there are different technical approaches. It would be conceivable further, attached behind the embossing roll support rollers. The principle here is the distribution of the embossing roll acting forces on more behind the embossing roller
angebrachte Walzen. attached rollers.
Ein weiterer, interessanter Ansatz zur Lösung dieser Aufgabe ist die Bombierung einer der Walzen, bevorzugt der Another interesting approach to solve this problem is the crowning of one of the rolls, preferably the
Gegenwalze. Da deren Durchmesser geringen anwendungsseitigen Anforderungen unterliegt, ist deren Durchmesser, im Counter roll. Since their diameter is subject to low application requirements, their diameter, in
Vergleich zur Antriebswalze, ausreichend gross wählbar, dass sie unter Druck im Vergleich zur Antriebswalze keine Compared to the drive roller, sufficiently large selectable, that under pressure compared to the drive roller no
Durchbiegung spürt. Unter dem für das richtige (d.h. Deflection senses. Below that for the right one (i.e.
aesthetisch richtige) Prägeresultat erforderlichen aesthetically correct) stamping result required
Prägedruck, folgt dann die Prägewalze (Logo-Walze) der Embossing, then follows the embossing roller (logo roller) of the
Bombierung der Gegenwalze und es entsteht dann eine homogene KraftVerteilung . Crowning of the counter roll and then there is a homogeneous distribution of force.
Bombierte Walzen bieten den Vorteil, dass der Aufbau des Prägekopfes bzw. des Walzengehäuses einfach bleibt. Für derartige erfindungsmässige Walzensysteme kann immer Cambered rolls offer the advantage that the structure of the embossing head or the roll housing remains simple. For such inventive roll systems can always
dasselbe einfache Walzengehäuse verwendet werden. Es müssen keine (Stütz-) Walzen eingesetzt werden, was die technische Realisierung nicht verkompliziert und oder enorm verteuert. Dieser vom Erfinder gewählte Ansatz wurde unserer Kenntnis nach bis dato jedoch nicht realisiert, da u.a. versucht wurde, die richtige Walzenkrümmung anhand von Materialdaten direkt zu berechnen, was scheiterte. Die vom Erfinder gefundene empirische Methode zur Bestimmung der Bombierung erlaubt die exakte Herstellung von Walzen für die the same simple roll housing can be used. There are no (support) rollers are used, which does not complicate the technical realization and or enormously more expensive. However, to the best of our knowledge, this approach, chosen by the inventor, has not been realized so far, since i.a. An attempt was made to calculate the correct roll curvature directly from material data, which failed. The empirical method for determining the crowning found by the inventor permits the exact manufacture of rolls for the
hochqualitative, feinste Prägung aller dünnen Folien. Im Prinzip ist es möglich, für jede Folienbeschaffenheit und Prägeart die Durchbiegung der Prägewalze Anhand von Mustern zu messen und eine materialspezifische mechanische High quality, finest embossing of all thin foils. In principle, it is possible to measure the deflection of the embossing roll on the basis of samples for each type of film and embossing, and a material-specific mechanical one
Kompensation der Auswirkung der Durchbiegung direkt Compensation of the effect of deflection directly
durchzuführen, doch ist ein solches Verfahren für die
Produktion einer grossen Anzahl Walzen mit einer grossen Vielfalt von Prägemustern und Folien zu kostspielig und zu langwierig . Bei dem vom Erfinder gewähltem Verfahren müssen für jeden Folientyp, jede Folienbeschaffenheit, jeden Gravurtyp und jeden Prägedruck Walzen unterschiedlicher Bombierung However, such a procedure is for the Production of a large number of rolls with a large variety of embossed patterns and foils too costly and too tedious. In the method chosen by the inventor, rollers of different crowning must be used for each type of film, film condition, type of engraving and embossing
gefertigt werden, damit durch Bewertung des Prägeergebnisses die notwendige Prägekraft aus der Bombierung abgeleitet werden kann. Speziell ist zu beachten, dass ein Walzenpaar, bei dem eine der Walzen eine Bombierung aufweist, nur bei einem festen Druck eine homogene Kraftverteilung im be manufactured so that the necessary stamping force can be derived from the crowning by evaluating the stamping result. In particular, it should be noted that a pair of rollers in which one of the rollers has a crown, only at a fixed pressure a homogeneous force distribution in
Prägespalt vorweist, also auch nur bei diesem einen Prägespalt shows, so only with this one
Prägedruck einsetzbar ist. Embossing is used.
Es ist davon ausgehend Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Satzes von miteinander kooperierenden Prägewalzen anzugeben, das eine weitgehend vollständige Kompensation der Auswirkung der Durchbiegung der Prägewalze ermöglicht, wobei unter anderem die Art und Struktur der Oberfläche der Prägewalze, die Dicke und die Beschaffenheit der Folie und davon ausgehend der Prägedruck zwischen den beiden Walzen berücksichtigt wird. Diese It is therefore an object of the present invention to provide a method for producing a set of mutually cooperating embossing rolls, which allows a substantially complete compensation of the effect of deflection of the embossing roll, including, inter alia, the nature and structure of the surface of the embossing roll, the thickness and the texture of the film and on the basis of the embossing pressure between the two rolls is taken into account. These
Aufgabe wird gemäss dem Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst, wobei zwecks Bestimmung der zur Herstellung des Satzes Prägewalzen notwendigen Parameter eine The object is achieved according to the method of claim 1, wherein for the purpose of determining the parameters necessary for the production of the set of embossing rollers a
Modellvorrichtung (englisch : roller stand; nachstehend auch einfach „Stand"" genannt) verwendet wird. Durch Bau und Model device (English: roller stand, hereinafter also simply called "state") is used. By construction and
Einsatz dieses Stands kann der spätere Einsatz von rein mechanischen, bombierten Walzen modelliert werden. Weitere Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Using this stand, the later use of purely mechanical, cambered rolls can be modeled. Further tasks and advantages arise from the dependent ones
Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Claims and from the description below. The invention will be explained in more detail below with reference to drawings of exemplary embodiments.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Walze einer Fig. 1 shows in longitudinal section a roller of a
Modellvorrichtung, Model device,
Fig. 2 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie II/II in Fig. 2 shows a section along the line II / II in
Fig. 1, Fig. 3 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie III/III in Fig. 1, Fig. 3 shows a section along the line III / III in
Fig. 1, Fig. 1,
Fig. 4 zeigt die Walze gemäss Fig. 1 in 3 verschiedenen perspektivischen Ansichten, 4 shows the roller according to FIG. 1 in 3 different perspective views,
Fig. 5 zeigt einen Teil einer der Walzen von Fig. 1 vor der Druckbeaufschlagung, z.B. hydraulischem Druck, Fig. 6 zeigt beide Walzen der Modellvorrichtung unter hydraulischem Druck, Fig. 5 shows a part of one of the rolls of Fig. 1 prior to pressurization, e.g. 6 shows both rollers of the model device under hydraulic pressure,
Fig. 7 zeigt ein mit Daten der Modellvorrichtung Fig. 7 shows a data of the model device
hergestelltes Prägewalzenpaar, produced embossing roller pair,
Fig. 8 zeigt die gesamte Durchbiegung einer Achse einer Fig. 8 shows the entire deflection of an axis of a
Walze der Modellvorrichtung unter hydraulischem Druck, Fig. 9 zeigt die Durchbiegung der Achse gemäss Fig. 8 im mittleren Teil, Roller of the model device under hydraulic pressure, Fig. 9 shows the deflection of the axis according to FIG. 8 in the middle part,
Fig. 10 zeigt die Spannung der Achse von Fig. 8 unter Fig. 10 shows the voltage of the axis of Fig. 8 below
Last,
Fig. 11 zeigt die Verformung der Walze auf der derLoad, Fig. 11 shows the deformation of the roller on the
Prägekante gegenüberliegenden Seite und Fig. 12 zeigt die Verformung der Achse auf der Embossing edge opposite side and Fig. 12 shows the deformation of the axis on the
Prägekante . Embossing edge.
Um den definitiven Satz von z.B. bombierten Prägewalzen herstellen zu können, werden gemäss Erfindung deren To get the definitive set of e.g. To be able to produce cambered embossing rolls, according to the invention
Parameter, speziell die Bombierung, mittels einer Parameters, especially the crowning, by means of a
Modellvorrichtung, eines Teststands, ermittelt. Dabei wird die Auswirkung der Durchbiegung der z.B. bombierten Model device, a test stand, determined. The effect of the deflection of the e.g. cambered
Prägewalze durch die Geometrie der Gegenwalze kompensiert derart, dass die dickere, z.B. bombierte Gegenwalze eine durch die Modellvorrichtung vorgegebene verformte Oberfläch erhält, die die Durchbiegung der Prägewalze bestimmt. Embossing roll by the geometry of the counter roll compensates such that the thicker, e.g. cambered counter roll receives a given by the model device deformed surface, which determines the deflection of the embossing roll.
Um die endgültige Geometrie der (Gegen-) Walze (die To the final geometry of the (counter) roller (the
Bombierung) wie oben beschrieben vorherzubestimmen, wird hier ein Testprägestand vorgestellt. Diese nur in wenigen Stücken beim Walzenfabrikanten herzustellende Einrichtung ist technisch deutlich aufwendiger als eine Kombination aus einer bombierten und einer nicht-bombierten Walze, darum auch nicht für die Produktion vorgesehen, bietet aber die Möglichkeit, z.B. unterschiedliche Prägedrücke unter homogenen Prägedruckverteilungen während der Prägung zu testen, indem der Hydraulikdruck durchgestimmt wird. Crowning) as described above, a test stamp is presented here. This device to be produced in only a few pieces by the roller manufacturer is technically much more complicated than a combination of a cambered and a non-cambered roller, therefore also not intended for production, but offers the possibility, e.g. To test different embossing pressures under homogeneous embossing pressure distributions during embossing by tuning the hydraulic pressure.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine hydrostatisch gelagerte Walze 1 einer Modellvorrichtung, des Stands, wobe diese Walze 1 einen Mantel 2 und eine Achse 3 aufweist. Um die Verformung der Achse unter Druck möglichst gering zu halten wird diese aus Hartmetall ausgeführt. Die Achse wird an zwei Lagerbereichen 4 und 5 im Mantel gehalten, wobei di
hydrostatische Walze nur teilweise dargestellt ist. Die Achse muss in diesem Fall aus Hartmetall ausgeführt werden, da eine Achse aus Stahl unter der auftretenden Kraft eine zu starke Durchbiegung hätte. 1 shows a longitudinal section through a hydrostatically supported roller 1 of a model device of the state, wherein this roller 1 has a jacket 2 and an axle 3. In order to keep the deformation of the axle under pressure as low as possible, it is made of tungsten carbide. The axis is held at two storage areas 4 and 5 in the jacket, wherein the di hydrostatic roller is only partially shown. In this case, the axle must be made of hard metal, as a steel axle would have too much deflection under the force that occurs.
Die Oberfläche des Mantels 2 ist mit Logos versehen, die gleich denen, die auf der im finalen Produkt eingesetzten Prägewalze aufgebracht sind, sein können, oder Musterlogos, die beispielhaft für eine Reihe von Logos sein können. The surface of the jacket 2 is provided with logos that may be the same as those applied to the embossing roll used in the final product, or pattern logos that may be exemplary of a series of logos.
Der Zweck dieser Walzenanordnung ist, die Walzenachse unter einem bestimmten hydraulischen Druck zu setzen, um dessen Durchbiegung messen zu können. Dabei ist zu beachten, dass eine Walze allein nicht unter hydraulischen Druck gesetzt werden kann ohne Verformungen und Schäden anzurichten und dass das ganze Messsystem nur in der Konfiguration von Fig. 6 betrieben werden kann. Dabei kann die Durchbiegung der Achse aus den physikalischen Parametern des Hartmetalls und dem anliegenden hydrostatischem Druck abgeleitet werden. The purpose of this roll arrangement is to set the roll axis below a certain hydraulic pressure in order to be able to measure its deflection. It should be noted that a roller alone can not be placed under hydraulic pressure without causing deformation and damage and that the entire measuring system can only be operated in the configuration of FIG. 6. In this case, the deflection of the axis can be derived from the physical parameters of the hard metal and the applied hydrostatic pressure.
Um einen hydrostatischen Druck zu erzeugen sind in den beiden Lagerbereichen 4 und 5 jeweils vier Segmente 6, 7, 8 und 9 an einem Lagerteil der Achse angeordnet, wobei jedes Segment einen Zwischensteg 10 aufweist, wodurch zwischen den Achsensegmenten und dem Mantel vier Lagertaschen 11, 12, 13 und 14 entstehen. Das hydraulische Druckmedium, In order to generate a hydrostatic pressure four segments 6, 7, 8 and 9 are arranged on a bearing part of the axis in the two bearing areas 4 and 5, wherein each segment has a gutter 10, whereby between the axis segments and the shell four bearing pockets 11, 12, 13 and 14 arise. The hydraulic pressure medium,
beispielsweise Öl, gelangt von einem Einlass 15 in ein durchgehendes Rohr 16 und verteilt sich im Lagerbereich über vier Kanäle 17 zwischen den Segmenten und gelangt in die Lagertaschen. Der Rücklauf 18 auf beiden Seiten ist For example, oil, passes from an inlet 15 into a continuous tube 16 and distributed in the storage area via four channels 17 between the segments and enters the storage pockets. The return 18 is on both sides
ebenfalls eingezeichnet. also marked.
Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, dass die beiden From Fig. 1 it is further apparent that the two
Lagerbereiche 4 und 5 gegengleich ausgeführt sind. Aus Fig.
2 ist ersichtlich, dass bei hydraulischem Druckaufbau eine symmetrische Druckbeaufschlagung erfolgt, so dass die Achse und der Mantel koaxial gehalten werden. Bei Auslenkung aus der Mittelposition entsteht eine Rückstellkraft. Warehouse areas 4 and 5 are executed opposite. From Fig. 2 it can be seen that in hydraulic pressure build-up a symmetrical pressurization takes place, so that the axis and the jacket are kept coaxial. When deflected from the middle position, a restoring force is created.
Wird nun von Aussen über die Achse, z.B. über deren Now, from the outside over the axis, e.g. about theirs
Aufhängung, eine starke Kraft ausgeübt, das heisst eine Anpresskraft in Richtung einer Gegenwalze, so können die Lager diese Kraft in den Lagerbereichen nur begrenzt Suspension, exerted a strong force, that is, a contact force in the direction of a counter-roller, the bearings can only limit this force in the storage areas
weitergeben, da diese eine symmetrische Anordnung haben. Die maximal erreichbare Anpresskraft der Walzen wäre begrenzt und im Bereich zwischen den Lager, dem eigentlichen pass on, because they have a symmetrical arrangement. The maximum achievable contact pressure of the rollers would be limited and in the area between the bearings, the actual
Prägebereich, nicht homogen. Darum wird in der Mitte der Achse eine weitere, zum Stamping area, not homogeneous. Therefore, in the middle of the axis another, to
Querschnitt der Achse nicht symmetrisch angeordnete, sektorielle Drucktasche 19 vorgesehen. Diese wird über Cross section of the axis not symmetrically arranged, sectorial pressure pocket 19 is provided. This is about
Zuleitung 20 vom Ölrohr 16 ebenfalls mit hydrostatischem Druck beaufschlagt. Die Drucktasche erlaubt es, die von Aussen auf die Achse ausgeübten Anpresskräfte über den Supply line 20 from the oil pipe 16 also subjected to hydrostatic pressure. The pressure pocket makes it possible to apply the contact forces exerted on the axle from outside over the
Mantel an die Gegenwalze 21 und damit an die Prägekante PK zwischen den Walzen zu leiten. Coat to guide the counter roll 21 and thus to the embossing edge PK between the rollers.
Dies bedeutet, dass im statischen Betriebszustand der This means that in the static operating state of
Maschine, des Stands, die externe Kraft und die der Machine, the stand, the external force and the
Drucktasche weitergegebene Kraft gerade gleich sind. Da die Achse diese Kraft mechanisch weiterleitet, kommt es zu einer Durchbiegung der Achse. Die an den beiden Enden der Achse von aussen, z.B. über hydrostatische Zylinder angelegte Anprasskraft wird über die Achse also in die Lager und die Drucktasche weitergegeben. Pressure pocket passed power are just the same. Since the axis forwards this force mechanically, it leads to a deflection of the axis. The at the two ends of the axis from the outside, e.g. applied via hydrostatic cylinder Anprasskraft is passed over the axis so in the bearings and the pressure pocket.
In den Figg. 4A, B, C sind drei verschiedene perspektivische Ansichten der Achse 3 dargestellt, wobei die Sicht jeweils
auf die Drucktasche gerichtet ist. In diesen Ansichten erkennt man die Lage der in Figg. 1, 2 und 3 eingezeichneten Elemente . In Fig. 5 ist eine der Walzen 1 der Modellvorrichtung eingezeichnet, wie sie sich vor der Druckbeaufschlagung mit hydraulischem Druck darstellt. Eine externe, symmetrisch an den beiden Achsenden angeordnete Kraft wirkt von aussen auf die Achse. Diese Kraft stellt die externe Anpresskraft dar, die bei der jeweiligen Prägung eingesetzt werden soll. Von der zweiten Walze 21 ist gerade der Mantel 22 dargestellt sowie von Mantel 2 der ersten Walze die Prägekante EE, die stets gegenüber der Gegenwalze 21 zu liegen kommt. In Figur 6 sind beide Walzen der Modellvorrichtung In FIGS. 4A, B, C three different perspective views of the axis 3 are shown, the view respectively is directed to the pressure pocket. In these views, one can see the location of FIG. 1, 2 and 3 drawn elements. In Fig. 5, one of the rollers 1 of the model device is shown, as it is prior to the pressurization with hydraulic pressure. An external, symmetrically arranged at the two axle ends force acts from the outside to the axis. This force represents the external contact force that is to be used for the respective embossing. Of the second roller 21, the jacket 22 is just shown as well as coat 2 of the first roller, the embossing edge EE, which always comes to rest against the counter-roller 21. In Figure 6, both rollers are the model device
dargestellt, wie sie sich unter Druckbeaufschlagung mit dem hydraulischen Druck des Stands verformen. Die beiden Walzen sind spiegelsymmetrisch zur Prägekante EE aufgebaut und es entsteht dadurch eine spiegelsymmetrische Kraftverteilung. Die Kräfte sind eingezeichnet, die bei externer shown how they deform under pressure with the hydraulic pressure of the state. The two rollers are constructed with mirror symmetry to the embossing edge EE and this results in a mirror-symmetrical force distribution. The forces are indicated, those with external
Druckbeaufschlagung mit hydraulischem Druck entstehen, die auf eine der Walzen, hier Walze 1 wirken. Sie sind mit FEX1 und FEX2 bezeichnet und entsprechen der externen Kraft / dem externen Druck auf die Prägewalzen. Dieser externe Druck wird von der Halterung aufgefangen und erzeugt einen Pressurization with hydraulic pressure arise, which act on one of the rollers, here roller 1. They are labeled FEX1 and FEX2 and correspond to the external force / pressure on the embossing rollers. This external pressure is absorbed by the bracket and creates a
Gegendruck FHaltl und Fhalt2. Die beiden externen Kräfte können an den Enden der Achsen aufgenommen werden und dann bei einer der beiden Walzen vom Gehäuse abgestützt werden, bei der anderen Achse durch z.B. Hydraulikzylinder. Back pressure FHaltl and Fhalt2. The two external forces can be taken up at the ends of the axles and then supported by the housing in one of the two rollers, in the other axle by e.g. Hydraulic cylinder.
Um die Achsen im Mantel zu lagern und um den externen Druck auf die Walzen auszugleichen und zu messen, wird ein To store the axles in the mantle and to balance and measure the external pressure on the rollers, a
hydraulisches Drucksystem benötigt, das hier mit Hydraulic pressure system needed with this
hydraulischem Öl arbeitet. Dieses hydraulische Öl wird über
die Zuleitung 15 auf die Lagertaschen und die Drucktasche geleitet. Der Einsatz von hydraulischen Zylindern für die Generation der externen Anpresskraft bietet den Vorteil, dass die Berechnung der tatsächlich wirkenden Kraft über die bekannte Kolbenfläche der Hydraulikzylinder des Stands, und eine Druckmessung einfach realisiert werden kann. Hydraulic oil works. This hydraulic oil is over the supply line 15 passed to the storage bags and the pressure pocket. The use of hydraulic cylinders for the generation of the external contact force has the advantage that the calculation of the actual acting force on the known piston surface of the hydraulic cylinder of the state, and a pressure measurement can be easily realized.
An der Prägekante EE zwischen den beiden Walzen an der At the embossing edge EE between the two rollers on the
Stelle der beiden Drucktaschen treten gegengleiche Kräfte FH1, FH2 auf. Darum bleibt die Prägekante bei externen Druck absolut gerade. Die gegengleichen Kräfte auf die Walzen über den Drucktaschen entsprechen dem Prägedruck und werden von der Durchbiegung der Achsen aufgenommen. Daraus ergibt sich das Ziel dieser Messungen und Berechnungen, die Bestimmung der notwendigen Kraft an der Prägekante, um eine gute Place the two pressure pockets occur gegengleiche forces FH1, FH2. Therefore, the embossing edge remains absolutely straight at external pressure. The opposite forces on the rollers over the pressure pockets correspond to the embossing pressure and are absorbed by the deflection of the axes. Hence, the objective of these measurements and calculations, the determination of the necessary force at the embossing edge, results in a good
Prägequalität zu erreichen, d.h. eine qualitativ To achieve embossing quality, i. a qualitative
ausreichende Wiedergabe der Strukturen, welche die adequate representation of the structures that the
Prägewalze aufweist, auf dem geprägten Material in einem Mass und Umfang, dass die optischen Effekte auf der Embossing roller has, on the embossed material to a degree and extent that the optical effects on the
Prägewalze durch das geprägte Material weitestgehend Embossing roller largely by the embossed material
wiedergegeben werden. be reproduced.
Somit ist eine einfache Berechnung des Kraftprofils möglich und dort wo die hydrostatische Drucktasche unterhalb liegt, entsteht ein homogenes Kraftprofil entlang einer geraden Kante. Dann kann vom gegebenen hydraulischen Druck auf die tatsächliche Kraftverteilung und damit auf die notwendige Prägekraft geschlossen werden. Durch die Ausgestaltung der Modellvorrichtung, also des Teststands, d.h. dadurch, dass die Prägekante stets genau eben ist, kann die Berechnung der Kräfteverhältnisse Thus, a simple calculation of the force profile is possible and where the hydrostatic pressure pocket is below, creates a homogeneous force profile along a straight edge. Then it can be concluded from the given hydraulic pressure on the actual force distribution and thus on the necessary embossing force. Due to the design of the model device, so the test stand, i. Due to the fact that the embossing edge is always exactly level, the calculation of the balance of power can be done
vereinfacht werden. Aus den sich ergebenden Messdaten, wie Kompensation der Durchbiegung der Achsen und der direkten
Messung des hydrostatischen Drucks des eingesetzten be simplified. From the resulting measurement data, such as compensation of the deflection of the axes and the direct Measurement of the hydrostatic pressure of the used
hydraulischen Mediums, kann diese Durchbiegung auf eine rein mechanischen Achse ohne hydrostatisches System umgerechnet werden und dadurch die Gestaltung bzw. geometrische Form, speziell der Bombierung der Gegenwalze. Dieser einfache Zugang zur notwendigen Prägekraft über den Teststand Hydraulic medium, this deflection can be converted to a purely mechanical axis without hydrostatic system and thereby the design or geometric shape, especially the crowning of the backing roll. This easy access to the necessary stamping force via the test stand
ermöglicht die Vorhersage der Geometrie (z.B. Bombierung) von kommerziel eingesetzbaren Prägeeinrichtungen. In Fig. 7 ist in perspektivischer Sicht und rein schematisch ein Prägewalzenpaar 24 angegeben, mit der dünneren enables the prediction of the geometry (e.g., crowning) of commercial embossing equipment. In Fig. 7 a pair of embossing rollers 24 is shown in a perspective view and purely schematically, with the thinner
Prägewalze 25 und der Gegenwalze 26 mit grösserem Embossing roller 25 and the counter-roller 26 with larger
Durchmesser. Auf der Gegenwalze sind symbolisch die Logos L eingezeichnet, die sehr kleine Strukturen aufweisen können. Diameter. On the counter-roller, the logos L are symbolically drawn, which can have very small structures.
Die Daten des hydrostatischen Walzensystems werden in The data of the hydrostatic roller system are in
Funktion der Oberflächenstruktur der herszuteilenden Function of the surface structure of the districts to be assigned
Prägewalze sowie der zu prägenden Folie berechnet und eingegeben. Dann werden Durchläufe der Folie bei Calculated and entered embossing roller and the film to be embossed. Then runs of the film are added
unterschiedlichen externen Drücken durchgeführt, bis sich die gewünschte Prägequalität eingestellt hat und der sich ergebende hydrostatische Druck gemessen. Aus diesem performed different external pressures until the desired embossing quality has been set and measured the resulting hydrostatic pressure. For this
hydraulischen Druckwert kann mittels geeigneter Hydraulic pressure value can be determined by means of suitable
Rechenprogramme die Werte für die geometrische Form der Gegenwalze berechnet werden. In vorliegendem Beispiel wird die Auswirkung der Durchbiegung der Prägewalze mittels einer Bombierung der Gegenwalze kompensiert. Calculation programs the values for the geometric shape of the counter roll are calculated. In the present example, the effect of the deflection of the embossing roll is compensated by a crowning of the counter roll.
Dabei wird davon ausgegangen, dass durch den einwirkenden externen Druck, also der Prägekraft, die normalerweise massivere Gegenwalze nur unmerklich verformt wird. Ausserdem wird die Bombierung derart berechnet, dass die Durchbiegung der Prägewalze durch die Bombierung vorgegeben wird, d. h., dass die Bombierung tendenziell etwas grösser ist als die
Durchbiegung der Prägewalze alleine durch den Prägedruck. Dadurch, dass die Bombierung der Gegenwalze die Durchbiegung der Prägewalze bestimmt kann erreicht werden, dass der Spalt zwischen beiden Walzen beim Prägen mit einer grossen It is assumed that the externally applied pressure, ie the embossing force, deforms the normally more massive counter-roller only imperceptibly. In addition, the crowning is calculated in such a way that the deflection of the embossing roll is determined by the crowning, ie that the crowning tends to be slightly larger than that Deflection of the embossing roll solely by the embossing pressure. Due to the fact that the crowning of the mating roll determines the deflection of the embossing roll, it is possible to achieve that the gap between the two rolls when embossing with a large one
Genauigkeit konstant bleibt. Accuracy remains constant.
Anstatt vier Lagertaschen können auch eine andere Anzahl Lagertaschen vorgesehen sein, doch muss der hydraulische Druck symmetrisch auf die Achse sein. Ausserdem kann auch mehr als eine Drucktasche vorgesehen werden. Instead of four storage bags, a different number of storage pockets may be provided, but the hydraulic pressure must be symmetrical to the axis. In addition, more than one pressure pocket can be provided.
Die Figg. 8 - 12 stellen Messergebnisse dar, die bei The Figg. 8 - 12 are measurement results that are included
Versuchen an einer Achse in einer hydrostatischen Try on an axle in a hydrostatic
Zweiwalzen-Modellvorrichtung gewonnen wurden, bei Two-roll model device were obtained at
Zugänglichkeit durch direkte Messung, teile durch numerische Simulation. Bei diesen Versuchen sind beide Walzen in einer nicht gezeigten Lagerung eines Gehäuses eingespannt und der hydrostatische Druck wird auf eine Achse, die dargestellte, gegeben, wobei sich alle Figuren auf einen hydrostatische Druck beziehen, der einer Kraft von 15 '000 Newton (N) entspricht und die Achse eine Länge von 225 mm und einen Umfang von 150 mm aufweist. Accessibility by direct measurement, parts by numerical simulation. In these tests, both rolls are clamped in a bearing, not shown, of a casing and the hydrostatic pressure is applied to an axis shown, all figures relating to a hydrostatic pressure corresponding to a force of 15,000 Newtons (N) and the axle has a length of 225 mm and a circumference of 150 mm.
In Fig. 8 ist die volle Durchbiegung der Achse berechnet, wobei gemäss dem Diagramm insgesamt etwa 24 μπι Durchbiegung resultierten. Diese Daten gelten bei vollem hydraulischem Druck der Maschine des Stands. Der punktierte Bereich in der Mitte der Achse entspricht dem erhöhten Druck H und somit Durchbiegung. Die beiden äusseren, gemustert dargestellten Bereiche T der Achse stehen weder unter Druck noch zeigen sie eine Durchbiegung, da sie dort gehalten werden. In Fig. 8 the full deflection of the axis is calculated, wherein according to the diagram a total of about 24 μπι deflection resulted. These data apply at full hydraulic pressure of the machine of the stand. The dotted area in the middle of the axis corresponds to the increased pressure H and thus deflection. The two outer, patterned areas T of the axle are neither pressurized nor deflected because they are held there.
Das Diagramm von Fig. 9 zeigt eine Berechnung der The diagram of FIG. 9 shows a calculation of
Durchbiegung der Hartmetallachse in der Mitte der Achse,
d. h. über der Drucktasche 19, wo sich eine Durchbiegung von etwa 8 m ergibt. Auf die Drucktasche wurde ein Druck von etwa 100 bar gegeben, um die Durchbiegung zu kompensieren. Der punktierte Bereich in der Mitte der Achse symbolisiert die erhöhte Durchbiegung in diesem Bereich. Bei der Deflection of the carbide axis in the middle of the axis, ie over the pressure pocket 19, where there is a deflection of about 8 m. A pressure of about 100 bar was applied to the pressure pocket to compensate for the deflection. The dotted area in the middle of the axis symbolizes the increased deflection in this area. In the
Verwendung einer Stahlachse wäre die Durchbiegung etwa 3x so gross. Die Stellung der Achse ist in Fig. 9 um 90° gegenüber der Stellung von Fig. 8 gedreht. In Fig. 10 ist die Spannung der Achse in der Stellung von Fig. 8 gezeigt und es ergibt sich daraus, dass die Spannung an der der Drucktasche entgegengesetzten Seite am grössten ist und im Mittelbereich zwischen Drucktasche und der entgegengesetzten Seite die Spannung sehr gering ist, wie dies zeichnerisch durch verschiedene Musterungen gezeigt ist . Using a steel axle, the deflection would be about 3 times as large. The position of the axis is rotated in Fig. 9 by 90 ° relative to the position of Fig. 8. In Fig. 10, the tension of the axle is shown in the position of Fig. 8 and it follows that the tension at the opposite side of the pressure pocket is greatest and in the middle region between the pressure pocket and the opposite side, the tension is very low, as shown graphically by different patterns.
In Fig. 11 ist die Verformung der Achse auf der der In Fig. 11, the deformation of the axis on the
Drucktasche entgegengesetzten Seite angegeben, wobei die Drucktaschenseite der Prägekante entspricht, die bei Pressure pocket opposite side, with the pressure pocket side of the embossing edge corresponds to the
Rotation der Walze jeweils an der der Gegenwalze gegenüber liegenden Stelle entsteht und wo die Folie durchgeführt wird. Aus der Musterung H ist eine relativ grosse Verformung sichtbar, die jedoch nirgends die Grenzbelastung des Mantels erreicht, so dass es nicht zu einem Materialversagen kommen kann. In vorliegendem Fall erreicht die Verformung etwa 14 μπι. Rotation of the roller in each case arises at the counter-roller opposite point and where the film is performed. From the pattern H, a relatively large deformation is visible, but nowhere reaches the limit load of the shell, so it can not come to a material failure. In the present case, the deformation reaches about 14 μπι.
In Fig. 12 ist die Verformung der Walze an der Prägekante dargestellt, wobei der gleiche hydraulische Druck wie bei Fig. 11 verwendet wurde und woraus sich ergibt, dass an der Prägekante infolge der Drucktasche und der Tatsache, dass dieser Prägekante eine zweite Walze mit identischen Daten entgegensteht, keine Durchbiegung erfolgt.
Aus den vorhergehenden Figuren und der Beschreibung geht hervor, dass mit der beschriebenen Modellvorrichtung mit zwei hydrostatisch gelagerten Walzen mit Hartmetallachsen sowie Drucktaschen es möglich ist, durch Einstellung des hydraulischen Druckes, der auf die Lagertaschen sowie auf die Drucktaschen wirkt, die jeweilige Durchbiegung der Achse zu berechnen. Der optimale Anpressdruck wird durch Versuche mit einem der Prägewalze entsprechenden Muster und der zu verwendenden Folie eingestellt und der hydraulische In Fig. 12, the deformation of the roller is shown at the embossing edge, wherein the same hydraulic pressure as in Fig. 11 was used and from which results that at the embossing edge due to the pressure pocket and the fact that this embossing edge, a second roller with identical Data precludes, no deflection occurs. From the preceding figures and the description it appears that with the described model device with two hydrostatically mounted rollers with carbide axes and pressure pockets, it is possible by adjusting the hydraulic pressure acting on the bearing pockets and on the pressure pockets, the respective deflection of the axis to calculate. The optimum contact pressure is set by tests with a pattern corresponding to the embossing roller and the film to be used and the hydraulic pressure
Gegendruck in den Lagertaschen und der Drucktasche gemessen. Aus diesen Daten des Stands können die Parameter für die Geometrie der Präge- und Gegenwalze des späteren Counterpressure measured in the storage pockets and the pressure pocket. From this data of the state, the parameters for the geometry of the embossing and counter roll of the later
kommerziellen Prägekopfes berechnet werden. Die Bewertung der Qualität und Güte der Prägung erfolgt optisch durch Vergleich des gewünschten optischen Effekts auf der commercial embossing head are calculated. The evaluation of the quality and quality of the embossing is done visually by comparing the desired optical effect on the
Prägewalze und des Resultats an der aesthetisch Embossing roller and the result at the esthetic
ansprechenden Abprägung auf der Folie. Ausgehend von der beschriebenen Modellvorrichtung ist es auch denkbar, anstatt eines hydraulischen Systems mit Öl oder Druckluft eine andere Modellvorrichtung mit attractive embossing on the foil. Starting from the described model device, it is also conceivable, instead of a hydraulic system with oil or compressed air another model device with
Druckaufnehmern oder anderen ähnlichen Messsystemen zu verwenden und die Belastung der Achsen sowie deren To use pressure transducers or other similar measuring systems and the load on the axes and their
Durchbiegung anhand von anderen Parametern auszurechnen. Deflection by other parameters.
Ferner kann sich eine andere Verformung der Prägewalzen und somit Geometrie der Oberfläche der Gegenwalze ergeben. Ziel der ganzen Berechnungen bleibt, die Geometrie der der Furthermore, a different deformation of the embossing rollers and thus geometry of the surface of the counter-roller may result. The goal of all calculations remains, the geometry of the
Prägewalze entsprechenden Gegenwalze in dem endgütlichen, rein mechanischen Prägehäuse derart berechnen zu können, dass beim Prägen einer bestimmten Folie und einer bestimmten Prägestruktur auch bei Verwendung von sehr kleinen
Prägeelementen und hohen Prägedrücken eine gleichmässige Prägung über die gesamte Breite der Folie erzeugt wird. Embossing roll corresponding counter roll in the final, purely mechanical Prägehäuse calculated so that when embossing a particular film and a particular embossed structure even when using very small Embossing elements and high embossing pressures a uniform embossing over the entire width of the film is produced.
Der Einsatz des oben beschriebenen Teststands bleibt darauf abgezielt, dem Fabrikanten der Walzen eine Einrichtung zu bieten, die unabhängig vom angelegten Prägedruck (z.B. über Öl), eine homogene Kraftverteilung an der Prägekante bietet. So kann durch Vergleich des Prägeresultats (auf der Folie) mit der Prägestruktur auf der Prägewalze die optimale Kraft ermittelt werden, die notwendig ist (da die Kraftverteilung ja nach Konstruktion immer homogen ist gestaltet sich dies vergleichsweise einfach) . Ist der notwendige Prägedruck einmal bestimmt, können für den zu erzielenden Prägeffekt optimierte bombierte Walzen gefertigt werden, die dann im Betrieb in einer Prägeeinheit ohne Hydraulik (rein The use of the test rig described above remains aimed at providing the manufacturer of the rolls with a device which provides a homogeneous force distribution at the embossing edge, irrespective of the applied embossing pressure (for example over oil). Thus, by comparing the stamping result (on the film) with the embossing structure on the embossing roll, the optimum force can be determined which is necessary (since the force distribution is always homogeneous after construction, this is comparatively simple). Once the necessary embossing pressure has been determined, optimized cambered rolls can be produced for the embossing effect to be achieved, which can then be produced during operation in an embossing unit without hydraulics (pure
mechanisch) den benötigten Prägedruck aufbringen. Die mechanically) apply the required embossing pressure. The
Eigenschaften der Komponenten dieser Prägeeinheit, speziell die Walzengeometrien) sind dank den Ergebnissen aus den Prägungen am Teststand bekannt, und eine kommerzialisierbare kann mit deutlicher Kostenersparniss (weniger Tests) Characteristics of the components of this embossing unit, especially the roll geometries) are known thanks to the results from the stampings on the test stand, and a commercializable can be with significant cost savings (fewer tests)
hergestellt werden.
getting produced.
NUMMERNLISTE NUMBER LIST
1 Hydrostatische Walze 1 hydrostatic roller
2 Mantel 2 coat
3 Achse 3 axis
4, 5 Lagerbereiche 4, 5 storage areas
6-9 Segment 6-9 segment
10 Zwischenstege 10 intermediate bridges
11-14 Lageertaschen 11-14 storage bags
15 Einlass Ölleitung 15 inlet oil pipe
16 durchgehendes Rohr = Ölleitung 16 continuous pipe = oil line
17 Kanäle zwischen den Segmenten17 channels between the segments
18 Rücklauf 18 return
19 Drucktasche 19 pressure pocket
20 Zufluss zu 19 20 inflow to 19
21 2. Walze 21 2nd roller
22 Mantel 22 coat
23 Achse 23 axis
24 Prägewalzen-Paar 24 embossing roll pairs
25 Prägewalze 25 embossing roll
26 Gegenwalze 26 counter roll
(DT Druck auf die Drucktasche) (DT pressure on the pressure pocket)
Fexl, Fex2 externer Druck Fexl, Fex2 external pressure
FHaltl, FHalt2 Gegendruck der HalterungFHaltl, FHalt2 Counterpressure of the holder
FH1, FH2 Gesamtdruck auf die andere WalzeFH1, FH2 Total pressure on the other roller
EE Prägekante
EE embossing edge