DE102016004897A1

DE102016004897A1 - Querfalzverfahren und Vorrichtung für Produktbahnen und Produktbahnabschnitte

Info

Publication number: DE102016004897A1
Application number: DE102016004897.2A
Authority: DE
Inventors: Reiner Seger
Original assignee: SERV-O-TEC DRUCK- und PAPIERVERARBEITUNGSMASCHINEN GmbH
Current assignee: SERV-O-TEC DRUCK- und PAPIERVERARBEITUNGSMASCHINEN GmbH
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Verfahren zum Querfalzen einer fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7 mittels zweier mit gleicher Winkelgeschwindigkeit gegenläufig rotierender Walzen 1, 2 in der Weise, dass die Produktbahn 6 oder Produktbahnabschnitte 7 in einer Eintauchphase vom Falzblech 5 über einen vorbestimmten Drehwinkel partiell zwischen gegenüber rotierenden starren Falzleisten 3 und beweglichen Falzleisten 4 gebracht wird und sich das Falzblech 5 anschließend in der Austauchphase von der Materialbahn 6 oder dem Materialbahnabschnitt 7 zurückzieht während sich das Falzblech 5 der starren Falzleiste annähert und die bewegliche Falzleiste 4 den Spalt zur Materialbahn 6 auf dem Falzblech 5 schließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Falzen einer fortlaufenden Bahn entsprechend Anspruch 1 und zumindest einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Für die Betrachtung des aktuellen Technikstandes hinsichtlich der nachfolgend vorgestellten Erfindung sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen Falzleisten zur Erzeugung des Falzes eingesetzt werden. Bekannt ist ein Verfahren, bei dem ein Falzblech die Materialbahn zwischen einer fest am Zylinder befestigten Falzleiste und einer beweglichen Falzleiste einschiebt wobei die bewegliche Leiste kurvengesteuert oder mittels Federkraft gegen die feste Leiste anliegt und die Materialbahn temporär festhält. Bei den Falzverfahren mittels Falzleisten quer zur Bahnlaufrichtung sind Verfahren bekannt bei denen der Falz durch Saugleisten oder durch Falzleisten oder Kombinationen von beiden erzeugt wird. Bei den bekannten Verfahren wird eine unbearbeitete, eine bedruckte bzw. eine bedruckte und/oder geprägte Bahn über einen Trichterfalz längs gefalzt, in Produkte geschnitten und anschließend zumindest einer Querfalzvorrichtungen zugeführt. Eine entsprechende Verfahrensweise ist beispielhaft in DE000001278450 vorgestellt. Vorrichtungen mit ähnlicher Funktionsweise zur Erzeugung des Querfalzes sowie mit federndem Falzmesser oder einer befederten statt einer starren oder einer kurvengesteuerten Falzleiste sind beispielhaft in den Schriften WO 01/62651 A1 , DE 44 41 633 A1 , WO 2004/071921 A1 , DE 38 85 183 T2 B, DE 693428 , DE 602 02 176 T2 , DE 42 07 209 A1 , DE 600 36 480 T2 aufgezeigt.
Nachteil der bekannten Verfahren zum Querfalzen von Produkten mit starrer und mit beweglicher Falzleiste auf der einen Seite sowie mit feststehendem Falzmesser auf der anderen ist der im Ablauf unveränderliche Spalt zwischen dem Falzblech und der starren Falzleiste. Beim Eintauchen sollte der Spalt zwischen starrer Falzleiste und Falzblech ausreichend groß sein damit auch dicke Produkte leicht eingeschoben werden können ohne das Falzblech hoher Belastung auszusetzen. Vor dem Austauchen des Falzbleches sollte der Spalt gegenüber der starren Falzleiste dann jedoch möglichst nur die Materialbahnstärke betragen, ist jedoch unveränderlich. Nachteil der bekannten Verfahren ist die Berührung von Falzleisten und Falzblech. Berührung beim Eintauchen oder spätestens beim Austauchen aufgrund der einseitigen Schließbewegung der beweglichen Falzleiste, aufgrund unterschiedlicher Rotationsmittelpunkte von Falzblech sowie starren und beweglichen Falzleisten. Beim Falten an Splicestellen, also dicken und steifen Bahnstellen kommt es deswegen häufiger zum spontanen Bruch der Falzbleche. Federnde statt der starren Falzleisten und federnde Falzbleche haben den Nachteil, dass beim Einschieben der Materialbahn eine Bewegung zumindest eines der befederten Teile erzeugt wird. Insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten führt die Massenträgheit dieser Bauteile dazu, dass undefinierte und unbeherrschbare Kräfte und Schwingungen auftreten, die eine sichere Funktionsweise verhindern.
Ziel der Erfindung ist es deswegen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens zu schaffen, welche die Anzahl der bewegten Teile, insbesondere der gesteuerten Teile und der Antriebe nicht erhöht, die Verringerung des Spaltes zum Falzmesser hin jedoch von beiden Seiten ermöglicht um sichere Funktion auch bei Dickenschwankungen der Produktbahn und bei erheblich höheren Geschwindigkeiten als bisher zu ermöglichen. Ziel ist es auch eine möglichst steife Bauweise zu realisieren, also insbesondere befederte Falzleisten und Falzbleche zu vermeiden.
Die Aufgabe wird gemäß der Verfahrensanspruches 1 und des Patentanspruches 3 gelöst. Die anderen Ansprüche zeigen Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung. Die Aufgabe wird in der Weise gelöst, dass eine Materialbahn zwischen zwei mit gleicher Winkelgeschwindigkeit entgegengesetzt rotierende Walzen geführt wird. Die Bestückung der Walzen kann je nach Zielsetzung unterschiedlich sein. Zur Erzeugung von Materialbahnabschnitten kann die Walze 1 z. B. mit am Umfang verschieblichen Messern bestückt sein und als Saugwalze mit Aussparungen für Vakuumbeaufschlagung ausgebildet sein, sowie über feststehende Falzbleche verfügen. Walze 2 kann neben Paaren aus starren und beweglichen Falzleisten zusätzlich mit Falzblechen für weitere Falze oder mit Vorbruchleisten und anderen Werkzeugen bestückt sein. Möglich ist auch eine gleichförmige abwechselnde Bestückung beider Walzen mit Falzblechen und mit Paaren aus starren und beweglichen Falzleisten. Allen Ausführungen liegt zur Erzeugung eines Querfalzes sowohl bei einer fortlaufenden Bahn als auch bei Bahnabschnitten ein Verfahren zugrunde bei dem sich das starr angebundene Falzblech und die starre Falzleiste soweit annähern, dass die Materialbahn nicht nur zwischen beweglicher Falzleiste und Falzblech, sondern auch zwischen Falzblech und starrer Falzleiste gehalten wird. Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt es zusätzlich die Materialbahn genau mittig zwischen den beiden Falzleisten einzuschieben und einen vorbestimmten Spalt zwischen Falzblech und Falzleisten einzuhalten um so einen gleichmäßigen Falz bei geringstmöglicher Belastung des Falzbleches und der Materialbahn zu erhalten. Realisiert wird dieses Verfahren z. B. durch unrund geformte Walzen an deren größtem Radius die Falzleisten und an deren kleinstem Radius die Falzbleche sitzen. Bei gleich geformten und bestückten Walzen mit jeweils zwei Falzblechen und zwei Falzleistenpaaren, sind die beiden Walzen in Rotationsrichtung um 90° versetzt angeordnet, so dass der maximale Radius der einen Walze mit dem minimalen Radius der anderen Walze zusammentrifft und umgekehrt. Dadurch lässt sich trotz unrunder Walzen ein gleichbleibender Spalt zwischen den Walzen 1 und 2 zur Durchleitung der Materialbahn erzielen. Ein Falzleistenpaar besteht aus einer starren Falzleiste und einer parallel zu dieser verlaufenden beweglichen Falzleiste. Wichtig ist gleicher Umfang beider Walzen bzw. jeder Teilung an beiden Walzen. Die durchschnittliche Materialbahngeschwindigkeit entspricht dem mittleren Durchmesser × n × Drehfrequenz. Beim Querfalzen von Produktbahnabschnitten ist die erste der beiden Walzen beispielhaft als Saugwalze mit Messer zum Herstellen von Materialbahnabschnitten und zum Transportieren der Abschnitte ausgebildet. Die zweite Walze kann als Falzwalze mit Falzleistenpaaren und zusätzlichen Werkzeugen w. z. B. Vorbruchleisten, Saugbohrungen und Falzbleche für weitere nachfolgende Querfalze ausgebildet sein. Beim Falzen von Produktbahnabschnitten ist es nicht notwendig, dass die Walzen unrund geformt sind, weil die Bahnabschnitte z. B. auf der Saugwalze eine Ausgleichs- oder Kompensationsbewegung machen können. Aufgrund eines unterschiedlichen Radius (Flugkreises) der Falzblechkante auf der einen Seite und der Außenkante der starren und beweglichen Falzleiste auf der anderen Seite, bewegt sich das Falzmesser bei korrekter Drehrichtung vom Eintauchen bis zum Austauchen näher zur starren Falzleiste hin. Der Spalt zwischen starrer Greifleiste und feststehendem Falzblech verringert sich also vom Eintauchen des Falzbleches bis hin zum Austauchen um den Wert ΔS. Dadurch wird das Produkt bzw. die Produktbahn mit einer zangenförmigen also beidseitigen Bewegung vom Falzmesser abgegriffen. Zur Minimierung der Unwucht ist mindestens eine Zweierteilung auf jedem Zylinder vorgesehen.
Die Spaltverringerung ΔS zwischen Falzblech und starrer Falzleiste lässt sich nach folgender Formel ermitteln oder bestimmen: ΔS = (Rl – Rb) × n × ε / 180
Aus der Formel geht hervor, dass die Spaltverringerung zwischen Falzblech und starrer Falzleiste umso größer ist je größer der Unterschied des Flugkreises zwischen Falzblech und Falzleisten ist und je größer der Eingriffswinkel ε ist. ε ist umso größer je tiefer das Falzblech in die Falzleisten taucht und je kleiner die Radien R im Verhältnis zur Eintauchtiefe sind.

ΔS: = die Spaltverringerung zwischen Falzblech und starrer Falzleiste vom Eintauchen des Falzbleches bis zum Austauchen
Rb: = der Außenradius bzw. der Flugkreis des Falzbleches
Rl: = der Außenradius bzw. der Flugkreis der Falzleisten
π: = 3,14159 (Konstante)
ε: = der Drehwinkel der Walzen vom Eintauchen bis zum Austauchen des Falzbleches in den Flugkreis der Falzleisten
a: = der Achsabstand zwischen Walze 1 und Walze 2

ε = arccos [( Rl + Rb / 2 + a – Rb – Rl) ÷ ( Rl + Rb / 2)]

1 stellt schematisch die verfahrenstypischen Positionen von Falzblech und Falzleisten im Moment des Falzblecheintauchens dar.
2 zeigt schematisch die tiefste Eintauchposition des Falzbleches
3 stellt schematisch die verfahrenstypischen Positionen von Falzblech und Falzleisten im Moment des Austauchens dar.
4 zeigt den mathematischen Zusammenhang des Eintauchdrehwinkels ε in Abhängigkeit vom Achsabstand a sowie dem Unterschied der Flugkreise Rl und Rb auf.
5 zeigt das Zusammenwirken zweier unrunder Walzen mit abwechselnder Bestückung von Falzmessern und Falzleisten auf unterschiedlichen Flugkreisen
1 bis 3 zeigen schematisch den Verlauf des Falzbleches 5 gegenüber der starren Falzleiste 3 vom Eintauchzeitpunkt über den Umkehrpunkt vom Eintauchen zum Austauchen bis hin zum Austauchpunkt. Das neue Querfalzverfahren zeigt, dass es trotz konstantem Übersetzungsverhältnis oder konstanter Winkelgeschwindigkeitsverhältnis und gleichem Umfang bzw. gleicher Teilumfangslänge der beiden Walzen 1 und 2 möglich ist die starr auf der einen Walze 1 sitzende Falzleiste gegen das ebenfalls starr auf der anderen Walze 2 sitzende Falzblech 5 zu bewegen. Möglich ist dies durch partiell unterschiedliche Flugkreise auf zumindest einer Walze 1, also durch unterschiedliche Flugkreise nacheinander folgender und zusammenwirkender Falzbleche 5 und Falzleisten 3, 4. Das Werkzeug mit dem größeren Flugkreis legt bei gleichem Eintauchwinkel eine größere Strecke zurück als das mit kleinerem Flugkreis. Hat die starre Falzleiste 3 also einen größeren Flugkreis als das Falzblech 5, so kommt sie dem Falzblech 5 entlang der Eintauchstrecke näher sofern sich entsprechend der Anordnung und Drehrichtung das Falzblech 5 vor der starren Falzleiste 3 befindet. Befindet sich die starre Falzleiste 3 auf der anderen Seite des Falzbleches 5 oder ändert sich die Drehrichtung, so verhält es sich umgekehrt. 5 zeigt beispielhaft die Ausführung eines Falzaggregates zur Realisierung des neuen Verfahrens, welches das Zusammenwirken zweier gleich bestückter unrunder Walzen 1, 2 mit gleichen Umfang, gleicher Teilung und konstant gleicher Winkelgeschwindigkeit bei abwechselnd symmetrischer Bestückung mit Falzblechen 5 und Falzleisten 3, 4 auf unterschiedlichen Flugkreisen offenbart. Mit dieser Ausführung der Querfalzvorrichtung ist es möglich nach dem neuen Verfahren eine beliebig lange Produktbahn in gleichen Abständen zu falten. Hierzu muss erklärt werden, dass sich die beweglichen vorzugsweise kurvengesteuerten Falzleisten 3 nach einem bestimmbaren Drehwinkel oder an einem vorbestimmten Punkt von den starren Falzleisten 4 abheben und die Produktbahn 6 freigeben damit sich ein Stapel bilden kann und die Falzleisten 3 und 4 zur Aufnahme der Produktbahn 6 an einer anderen Stelle bereit sind. Werden Produktbahnabschnitte 7 verarbeitet, so kommen den Walzen 1 und 2 sinnvoller Weise oft noch zusätzliche Funktionen wie ergänzende Falze, das Festhalten der Abschnitte und das Schneiden zu. Auch besitzen die Walzen 1 und 2 dann nicht mehr zwangsläufig gleichen Umfang und die gleiche Teilung. In diesem Fall werden die Walzen 1 und 2 dann vorzugsweise zylindrisch ausgeführt und die Falzbleche 5 sowie die Falzleisten 3 und 4 beschreiben aufgrund Ihrer Auskragung oder Fixierposition unterschiedliche Flugkreise.
Bezugszeichenliste

1: Walze 1
2: Walze 2
3: starre Falzleiste
4: bewegliche Falzleiste
5: Falzblech
6: Produktbahn
7: Produktbahnabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 000001278450 [0002]
WO 01/62651 A1 [0002]
DE 4441633 A1 [0002]
WO 2004/071921 A1 [0002]
DE 3885183 T2 [0002]
DE 693428 [0002]
DE 60202176 T2 [0002]
DE 4207209 A1 [0002]
DE 60036480 T2 [0002]

Claims

Verfahren zum Querfalzen einer wahlweise fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7, die zwischen zwei mit konstantem Übersetzungsverhältnis gegenläufig rotierenden Walzen 1 und 2 mit feststehenden Falzblechen 5 und gegenüberliegenden Paaren aus starren Falzleisten 3 und beweglichen Falzleisten 4, hindurch geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktbahn 6 vom Falzblech 5 während einer Eintauchphase über einen vorbestimmten Drehwinkel partiell zwischen die gegenüber rotierende starre Falzleiste 3 und bewegliche Falzleiste 4 gebracht wird und sich das Falzblech 5 anschließend während der Austauchphase über einen ebenfalls vorbestimmten Drehwinkel von der Produktbahn 6 oder dem Produktbahnabschnitt 7 zurückzieht während sowohl die starre Falzleiste 3 den Spalt zur durch das Falzblech 5 eingebrachten Produktbahn 6 auf der einen Seite und die bewegliche Falzleiste 4 den Spalt zur durch das Falzblech 5 eingebrachten Produktbahn 6 auf der anderen Seite verringern und schließen.
Verfahren, nach Anspruch 1, zum Querfalzen einer wahlweise fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7 die zwischen zwei mit konstantem Übersetzungsverhältnis gegenläufig rotierenden Walzen 1 und 2 mit feststehenden Falzblechen 5 und gegenüberliegenden Paaren aus starren Falzleisten 3 und beweglichen Falzleisten 4, hindurch geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand zwischen den beiden Walzen 1, 2 während des Laufes geringfügig verringern lässt und daraus folgend die Eintauchtiefe des Falzbleches 5 größer wird, woraus sich ein größerer Drehwinkel für die Eintauchphase und für die Austauchphase ergibt, was wiederum eine Erhöhung der Relativbewegung zwischen Falzblech 5 und starrer Falzleiste 3 über die Eintauchphase und die Austauchphase hinweg ergibt, und zur Veränderung der Spaltmaße zwischen Falzblech 5 und Falzleisten 3, 4 führt.
Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 sowie zur Erzeugung von Querfalzen an einer fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7, die zwischen zwei mit konstantem Übersetzungsverhältnis gegenläufig rotierende Walzen 1, 2 geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: a). der Flugkreis des Falzbleches 5 kleiner ist als der Flugkreis der Falzleisten 3 und 4, oder umgekehrt, b). beide Walzen 1 und 2 über die dem Übersetzungsverhältnis der beiden Walzen 1 und 2 entsprechende Teilung verfügen, c). zumindest ein Falzblech 5 steif mit einer Walze 1 verbunden ist, d). zumindest eine starre Falzleiste 3 und eine bewegliche vorzugsweise kurvengesteuerte Falzleiste 4 auf einer zweiten Walze 2 sitzen, e). der Abstand und die Drehposition zwischen beiden Walzen 1 und 2 so bestimmt sind, dass das Falzblech 5 zwischen die starre Falzleiste 3 und die bewegliche Falzleiste 4 ragt und f). zumindest eine der Walzen 1, 2 zusätzliche Werkzeuge in Form von Vorbruchleisten, Messern und Saugleisten aufnehmen kann.
Vorrichtung zum Querfalzen einer wahlweise fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7 nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Walzen 1 und 2 vorzugsweise unrund ausgebildet sind und abwechselnd mit Falzblechen 5 an einer Maximum-Extremstelle des Flugkreises und mit starren und beweglichen Falzleistenpaaren 3, 4 an der Minimum-Extremstelle des Flugkreises oder umgekehrt bestückt sind.
Vorrichtung zum Querfalzen einer wahlweise fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7 nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Walzen 1 und 2 über zwei 180° am Umfang versetzte Falzbleche 5 und um 90° zu den Falzblechen 5 versetzte Paare von starren Falzleisten 3 und beweglichen Falzleisten 4 verfügen.
Vorrichtung zum Querfalzen einer wahlweise fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7 nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze 1 als Saugwalze ausgebildet ist und über Öffnungen oder Aussparungen verfügt, die mittels Saugkanäle zumindest partiell verbunden sind.
Vorrichtung zum Querfalzen einer wahlweise fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7 nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze 1 als Saugwalze ausgebildet ist und über Messer verfügt, die vorzugsweise mit deckungsgleichen Aussparungen wie die Saugwalze ausgestattet sind.
Vorrichtung zum Querfalzen einer wahlweise fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7 nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messer mit einem anderen Teil der Saugwalze verbunden sind als die Falzbleche 5 und die beiden Teile der Saugwalze mittels Zahnräder oder Klemmelemente gegeneinander verdrehbar gelagert sind.
Vorrichtung zum Querfalzen einer wahlweise fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7 nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze 2 als Falzwalze ausgebildet ist und zusätzlich zu den starren Falzleisten 3 und den gesteuerten beweglichen Falzleisten 4 fest positionierte Falzbleche 5 und/oder verschieblich positionierbare Vorbruchleisten und/oder Saugleisten trägt.
Vorrichtung zum Querfalzen einer wahlweise fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7 nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Falzleisten 5 zumindest partiell mit einer verschleißfesten Beschichtung versehen sind und die starre Falzleiste 3 entlang der vorspringenden Kante über zumindest einen Radius und eine Schräge verfügt.
Vorrichtung zum Querfalzen einer wahlweise fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7 nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Falzleisten 4 und die Auswerfer einer Walze 1, 2 mit zumindest jeweils einer justierbaren Kurvenscheibe verbunden sind.
Vorrichtung zum Querfalzen einer wahlweise fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7 nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen 1 und 2 aus Scheiben mit radial verlaufenden Absätzen oder Nuten zusammengesetzt sind.
Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Erzeugung von Querfalzen an einer fortlaufenden oder durch eine Querschneideinrichtung in Teilstücke zerlegte Produktbahn 6, 7, die zwischen zwei gegenläufig rotierende Walzen 1, 2 geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Walze 1 und Walze 2 über separate, gesteuerte Antriebe verfügen, die über den Eingriffswinkel unterschiedliche Winkelgeschwindigkeiten realisieren, die unmittelbar danach in der Weise korrigiert werden, dass Synchronlauf beider Walzen 1, 2 gewährleistet ist.