DE10253993A1

DE10253993A1 - Faltmaschine mit Antriebsschwinge

Info

Publication number: DE10253993A1
Application number: DE2002153993
Authority: DE
Inventors: Andreas Fleischhammel; Arno Heinen; Remo Hollasch; Frank Matecka; Peter Dr. Rieckhoff; Detlef Rothgänger; Michael Dr. Sperling
Original assignee: Karl Rabofsky GmbH
Current assignee: Karl Rabofsky GmbH
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: DE10253993B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Faltmaschine (1) zum Falten eines Bahnmaterials (2), mit einem Rotationsmotor (37) und einem Faltmesser (4, 5), das im Betrieb durch den Antriebsmotor rotatorisch angetrieben ist. Der Kippbewegung (36) des Faltmessers (4, 5) ist im Betrieb der Faltmaschine eine translatorische Auf- und Abbewegung (6) bezüglich des Bahnmaterials (2) überlagert. Um eine präzise Steuerung der Kippbewegung zu ermöglichen, ist eine die Rotationsbewegung des Rotationsmotors (37) an das wenigstens eine Faltmesser (4, 5) übertragende Antriebsschwingende (38) vorgesehen. Das eine Ende der Antriebsschwinge (38) ist der Auf- und Abbewegung (6) des wenigstens einen Faltmessers (4, 5) folgend ausgestaltet. Das andere Ende ist mit dem Rotationsmotor (37) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Faltmaschine zum Falten eines Bahnmaterials, mit einem Rotationsmotor und mit wenigstens einem Faltmesser, das im Betrieb durch den Rotationsmotor rotatorisch zur Ausführung einer Kippbewegung antreibbar ist, wobei der Kippbewegung des wenigstens einen Faltmessers im Betrieb eine translatorische Hubbewegung bezüglich des Bahnmaterials überlagerbar ist.
Derartige Faltmaschinen, auch Messerfaltmaschinen genannt, werden insbesondere zur Herstellung von Falten für Filter benutzt, außerdem bei der Produktion von Jalousien, Plissees, Lampenschirmen, Blumentopfmanschetten, Flaschenumhüllungen und vielen anderen Dingen mehr. Das Bahnmaterial kann aus Gewebebahnen, Papierbahnen oder Kunststoffbahnen bzw. Kunststofffolien bestehen.
Durch die Bewegung der Faltmesser werden im Bahnmaterial Stehfalten erzeugt, die sich über die gesamte Breite des Bahnmaterials erstrecken.
Um das Faltmesser während der Hubbewegung um seine Längsachse zu kippen, hat man bislang bei den gattungsgemäßen Faltmaschinen, wie sie beispσelsweise in der DE 94 12 210 U1 und in der DE 195 38 519 A1 beschrieben sind, eine Kombination von getriebeuntersetzten rotatorischen Servomotoren mit einem mechanischen Kurvengetriebe eingesetzt. Die Steuerung eines vorbestimmten Kippwinkels an einem vorbestimmten Punkt der Hubbewegung wurde aufwändig über die Geometrie des Kurvengetriebes bestimmt.
Diese herkömmlichen Faltmaschinen haben mehrere Nachteile: Durch das Kurvengetriebe ändert sich die während der Kippbewegung in das wenigstens eine Faltmesser eingeleitete Kraft in Abhängigkeit von den jeweils herrschenden Hebelverhältnissen, so dass der Verlauf der Faltkräfte nur schwer vorausgesagt werden kann. Für verschiedene Verläufe der Kippbewegung in Abhängigkeit von der Hubbewegung müssen zudem verschiedene Kurvenscheiben verwendet werden, was zu umständlichen Umrüstarbeiten und Totzeiten führt. Die so aufgebauten Faltmaschinen weisen schließlich ein sehr begrenztes Einsatzgebiet auf, da sie lediglich zur Herstellung einer vergleichsweise geringen Zahl von Faltenkombinationen und auch nur für ganz bestimmte Materialien geeignet sind.
Angesichts dieser Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Faltmaschinen der eingangs genannten Art hinsichtlich ihres Einsatzes flexibler zu gestalten.
Diese Aufgabe wird für eine Faltmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zwischen dem Rotationsmotor und dem wenigstens einen Faltmesser Getriebeelemente angeordnet sind, durch die ein vorgegebener Drehwinkel auf Seiten des Rotationsmotors in einen unabhängig von der Hubbewegung gleichbleibenden Drehwinkel auf Seiten des wenigstens einen Kippmessers übertragbar ist.
Diese Lösung ist einfach und hat den Vorteil, dass die Bewegung des Faltmessers genauer und flexibler gesteuert werden kann, als dies mit den herkömmlichen Kurvenscheiben der Fall ist. Unabhängig von der Position des Faltmessers wird an jedem Punkt der Hubbewegung der gleiche Drehwinkel vom Rotationsmotor an das Faltmesser übertragen. Folglich kann der Kippwinkel des Faltmessers unabhängig vom Hub exakt gesteuert werden, was die Verarbeitung beliebiger Bahnmaterialien und die Herstellung beliebiger Faltenformen ermöglicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Getriebeelemente eine Antriebschwinge umfassen, deren eines Ende mit dem Faltmesser verbunden ist und der Hubbewegung folgt. Das andere Ende der Antriebsschwinge kann stationär mit dem Rotationsmotor verbunden sein. Die Antriebsschwinge kann insbesondere aus zwei schwenkbar miteinander verbundenen und schwenkbar am Faltmesser und am Rotationsmotor angeordneten Teilschwingen bestehen, so dass sie der Hubbewegung besser folgen kann.
Zur Übertragung der Rotationsbewegung vom Rotationsantrieb zu den Faltmessern können weitere Getriebeelemente wie Zahnriemen, Zahnräder oder Koppelgetriebe verwendet werden.
Die Antriebsschwinge kann insbesondere zwei relativ zueinander schwenkbar miteinander verbundene Teilschwingen aufweisen.
Ein weiterer Vorteil der Antriebsschwinge mit den Getriebeelementen liegt darin, dass große Kippwinkel des Faltmessers, sogar volle Drehungen um 360°, realisiert werden können.
Unabhängig von der Kippbewegung ist auch die Erzeugung der Hubbewegung mittels translatorischer Antriebsmotoren an sich vorteilhaft, wie sie Gegenstand einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist. Bislang wurden nämlich die translatorischen Bewegungen der Faltmesser wurden ebenfalls rein mechanisch mit Hilfe von Kurvenscheiben zwangsgesteuert. Eine derartige Faltvorrichtung ist beispielsweise in der DE 94 12 210 U1 beschrieben.
Bei den Faltmaschinen mit Kurvenscheiben ist nachteilig, dass bei der Auf- und Abbewegung des wenigstens einen Faltmessers große Massen zu bewegen sind und demzufolge hohe Kräfte bei der Beschleunigung dieser Massen aufgewendet werden müssen. Dies begrenzt die Arbeitsgeschwindigkeit und damit die Wirtschaftlichkeit derartiger Faltmaschinen.
Um diesen Nachteil zu überwinden, werden bei der Messerfaltmaschine der DE 195 38 519 A1 rotatorische Servomotoren mit geringem Massenträgheitsmoment zur Einleitung der translatorischen Auf- und Abbewegung der Faltmesser verwendet. Die reversierenden Drehbewegungen der Servomotoren werden über Wellen und Spindelhubgetriebe in lineare Hubbewegungen umgewandelt, die auf die Faltmesser übertragen werden.
Angesichts der heute üblichen Produktionsgeschwindigkeiten reichen mittlerweile die durch die Messfaltmaschine der DE 195 38 519 A1 erreichbaren Arbeitsgeschwindigkeiten nicht mehr aus. Außerdem hat sich herausgestellt, dass durch das Spindelhubgetriebe die Anzahl der durch eine gegebene Faltmaschine herstellbaren Faltenformen in unvorteilhafter Weise eingeschränkt ist. Andere Maschinen verwenden Hebel-Pleuel Kombinationen, um die Rotationsbewegung des Antriebsmotors in die Hubbewegung des Faltmessers umzuwandeln.
Dieser Nachteil wird durch den translatorischen Antriebsmotor vermieden.
Durch diese konstruktiv einfache Maßnahme ist es erfindungsgemäß möglich, die translatorische Auf- und Abbewegung direkt, ohne zwischengeschaltetes Getriebe, auf das wenigstens eine Faltmesser zu übertragen. Ohne Getriebe verringern sich gegenüber den herkömmlichen Faltmaschinen die während der Auf- und Abbewegung der Faltmesser zu beschleunigenden Massen, was erhöhte Arbeitsgeschwindigkeiten ermöglicht. Außerdem kann der Hub der Auf- und Abbewegung der Faltmesser nunmehr direkt durch die sich translatorisch bewegenden Antriebsmotoren gesteuert werden, was die Einstellung beliebiger Hübe ermöglicht. Der Hub und der zeitliche Verlauf der Hubbewegung wird bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr durch die von zwischengeschalteten Getriebe begrenzt.
Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung auf konstruktiv einfache Weise höhere Arbeitsgeschwindigkeiten und einen breiteren Einsatz der Faltmaschinen, unabhängig von der Art der auszuführenden Faltung und unabhängig vom Bahnmaterial. Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Faltmaschine kann daher mehrere Baureihen herkömmlicher Faltmaschinen ersetzen.
Grundsätzlich kann die translatorische Arbeitsbewegung durch jede Art von Antriebsmotor, beispielsweise durch einen Hubzylinder, Bandzylinder oder einen Linearmotor erzeugt werden. Der Linearmotor ist jedoch aufgrund der exakt steuerbaren Hubbewegung zu bevorzugen. In Versuchen hat sich überraschend herausgestellt, dass die Antriebskräfte eines elektrischen Linearmotors für eine hochdynamische Anwendung wie bei Faltmaschinen sehr gut ausreichen. Bei einem solchen elektrischen Linearmotor kann der Läufer mit dem wenigstens einen Faltmesser verbunden sein.
In einer Weiterbildung kann ein Wegmesssystem direkt in den Antrieb integriert sein, wodurch die Hubbewegung sehr genau überwachbar ist. Ein weiteres Wegmesssystem kann für die Überwachung und Regelung der Kippbewegung der Faltmesser verwendet werden.
Allerdings werden Linearmotoren üblicherweise waagerecht liegend eingesetzt. Da die Hubbewegung der Faltmesser jedoch herkömmlicherweise parallel zur Schwerkraftrich tung erfolgt, ist es von Vorteil, wenn die Antriebsbewegung des Antriebsmotors ebenfalls in senkrechter Richtung verläuft. Durch diese Maßnahme könne zwischengeschaltete Getriebe zur Umwandlung der Bewegungsrichtung entfallen.
Um bei einem Stromausfall oder bei einem Anhalten der Maschine zu vermeiden, dass sich der Antriebsmotor unter dem Gewicht des Faltmessers weiter bewegt, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Faltmaschine eine Haltevorrichtung vorgesehen, die den Antriebsmotor beispielsweise bei einem Stromausfall oder bei angehaltener Maschine feststellen kann. Eine solche Haltevorrichtung kann beispielsweise eine fluidische oder elektromechanische Bremse aufweisen.
Eine elektromechanische Bremse kann dabei so ausgestaltet sein, dass sie lediglich bei Anliegen eines Stromes, also im Betrieb der Faltmaschine, ausgerückt ist. Zu diesem Zweck kann in der Bremse eine stromdurchflossene Spule einen Bremskörper gegen die Wirkung einer Vorspannfeder von einer Bremsfläche abheben. Ist die Spule stromlos, so wird bei dieser Ausgestaltung der Bremskörper durch die Feder automatisch gegen die Bremsfläche gedrückt, wodurch der Antriebsmotor festgestellt wird.
Der Vorteil einer fluidischen Haltevorrichtung liegt in der weitgehenden Wartungsfreiheit. In einer Ausgestaltung kann die fluidische Haltevorrichtung so ausgestaltet sein, dass die Feststellung des Antriebsmotors erst dann freigegeben wird, wenn ein vorbestimmter Fluiddruck aufgebaut wurde. Da der Druck nur im Betrieb der Faltmaschine aufgebaut wird und außerhalb des Betriebs abfällt, wird auch bei dieser Ausgestaltung der Antriebsmotor bei Stromausfall oder außerhalb des Faltbetriebes automatisch festgestellt. Die Haltevorrichtung kann hydraulische oder pneumatische Komponenten verwenden.
Insbesondere kann bei einer pneumatischen Haltevorrichtung ein im Achsenkörper integrierter Bandzylinder verwendet werden, der eine Haltekraft erzeugt, die der am Antriebsmotor einwirkenden Gewichtskraft wenigstens des zu bewegenden Faltmessers entspricht und diese ausgleicht. Bei dieser Ausgestaltung als Lastausgleich muss die Gewichtskraft der zu bewegenden Masse nicht vom Antrieb ausgeglichen werden, so dass die Antriebskraft des Motors rein für den dynamischen Teil der translatorischen Auf- und Abbewegung der Faltmesser verwendet werden kann.
Bei der Faltbewegung, wie sie durch die Faltmesser ausgeführt wird, treten Faltkräfte auf, die starke Komponenten quer zur Auf- und Abbewegung der Faltmesser aufweisen. Um die Lebensdauer des translatorischen Antriebsmotors zu erhöhen, kann daher in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eine Führung vorgesehen sein, welche diese Komponenten abstützt, so dass sie nicht auf den Antriebsmotor wirken. Vorteilhaft ist diese Führung in den Antriebsmotor integriert, was zu kleinen Bauformen führt. Da die Linearführung insbesondere bei langen Betriebsdauern der Faltmaschine einem Verschleiß unterworfen sein kann, ist es ferner von Vorteil, wenn die Linearführung zu Wartungszwecken leicht und wiederholt lösbar an der Faltmaschine beziehungsweise dem Antriebsmotor befestigt ist.
Der Antriebsmotor selbst kann mit einer Kühlvorrichtung, beispielsweise einer Wasserkühlung, versehen sein, um dauerhaft im Bereich seiner maximalen Leistung betrieben werden zu können und um vorbestimmte Temperaturbedingungen im Bereich des Antriebsmotors und der Linearführung zu schaffen. Durch den Betrieb bei vorbestimmten Temperaturbedingungen kann die Wärmeausdehnung kontrolliert werden, so dass nur geringe Abweichungen in der Hubbewegung entstehen können.
Aufgrund der translatorischen Antriebsbewegung des Antriebsmotors kann der Hub der Auf- und Abbewegung der Faltmesser direkt durch den vom Antriebsmotor erzeugten Hub vorgegeben werden. Der translatorische Antrieb erzeugt dabei über den gesamten Bewegungsbereich des Antriebsmotors eine gleichbleibende Beschleunigung, Geschwindigkeit, Antriebskraft und Genauigkeit, was eine gleichbleibende Fertigungsqualität unabhängig vom Hub ermöglicht. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Kombination aus rotatorischem Motor, Getriebe, Kurvenscheibe und/oder Schubkurbel, wo die auf das Faltmesser wirkenden Antriebskräfte von den Kraft- und Hebelverhältnissen abhängen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, durch die die Hubbewegung des translatorischen Antriebsmotors gesteuert wird. Diese Steuereinrichtung kann beispielsweise einen Mikroprozessor sowie Wegmesssensoren umfassen. Über die Wegmesssensoren kann die aktuelle Hubbewegung überwacht und geregelt werden. In der Steuereinrichtung können vorbestimmte Bewegungskurven abgespeichert sein, die den zeitlichen Verlauf der Hubbewegung des translatorischen Antriebsmotors für verschiedene Bahnmaterialien und Faltenformen beschreiben. Da der maximale Hub der Faltmesser lediglich durch den maximalen Hub der translatorischen Antriebsmotoren begrenzt ist, lassen sich innerhalb dieser Grenzen durch entsprechende Programmierung der Steuereinrichtung beliebige Faltenformen erzeugen. Die Steuereinrichtung kann dabei auch die Zustellgeschwindigkeit des Bahnmaterials überwachen.
Bei der Verwendung der translatorischen Antriebsmotoren ohne die zwischengeschalteten Getriebe sind die beim Faltvorgang bewegten Massen erstmalig so reduziert, dass die bewegte Masse der Faltmesser die Hauptlast darstellt. Um die bewegte Masse der Faltmesser zu reduzieren, können diese nicht mehr, wie üblich, aus einem Vollmaterial gefertigt sein, sondern eine Tragrippenstruktur in Form eines Fachwerks aufweisen. Zwischen den Tragrippen sind zur Gewichtsreduzierung Aussparungen vorgesehen. Die Tragrippen sind derart ausgestaltet, dass das Faltmesser eine hohe Steifigkeit aufweist, um selbst bei hohen Antriebsgeschwindigkeiten höchstens hochfrequente Schwingungen geringer Amplituden zu erlauben.
Das Faltmesser kann insbesondere einen im Wesentlichen steifen Messerbalken in der oben beschriebenen Fachwerkbauweise aufweisen, an dem ein elastischer Messerabschnitt angebracht ist. Der Messerabschnitt kommt mit dem zu faltenden Bahnmaterial in Eingriff und stellt ein Verschleißteil dar, das zu Wartungszwecken leicht und wiederholt lösbar am Messerbalken angebracht sein sollte. An der Seite, an dem der Messerabschnitt am Messerbalken angebracht ist, kann dieser eine glatte Wand aufweisen, so dass die Tragrippen lediglich an dem dem Messerbereich gegenüber liegenden Abschnitt des Messerbalkens angeordnet sind.
Da das Faltmesser üblicherweise die Form eines langgestreckten Balkens aufweist, der sich über die gesamte Breite des zu faltenden Bahnmaterials erstreckt, kann eine exakte Führung und Einleitung der Auf- und Abbewegung des Faltmessers erreicht werden, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung jedem der beiden Enden des Faltmessers ein translatorischer Antriebsmotor und/oder eine Linearführung zugeordnet ist.
Bei Faltmaschinen mit einem Paar von sich bezüglich des zu faltenden Bahnmaterials gegenüber liegenden Faltmessern kann jedem Faltmesser ein eigener Motor bzw. ein eigenes Motorpaar zugeordnet sein. Bei Verwendung von elektrischen Linearmotoren, bei denen die Faltmesser mit den Läufern der Linearmotoren verbunden sind, kann ein einziger Motor auch mehrere Faltmesser gleichzeitig und unabhängig voneinander antreiben.
Im Folgenden werden Aufbau und Funktion erfindungsgemäß ausgestalteter Ausführungsformen von Faltmaschinen beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei können die bei den einzelnen Ausführungsformen unterschiedlichen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden.
Es zeigen:
1A eine schematische Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform einer Faltmaschine mit translatorischem Faltmesserantrieb;
1B eine Ausführungsform einer Haltevorrichtung des translatorischen Antriebsmotors der 1A;
2 eine schematische Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform der Faltmaschine mit translatorischem Faltmesserantrieb;
3 eine schematische Perspektivansicht eines Messerbalkens eines Faltmessers;
4 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Faltmaschine mit einer Antriebsschwinge für den Kippantrieb des Faltmessers;
5 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Antriebsschwinge;
6 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Antriebsschwinge;
7 eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Antriebsschwinge.
In 1 ist eine Faltmaschine 1 dargestellt, mit der ein Bahnmaterial 2 gefaltet werden kann, wie dies im Wesentlichen in der DE 195 38 519 A1 beschrieben ist. In dieser Druckschrift ist beschrieben, wie ein Bahnmaterial 2, das in Zustellrichtung 3 durch die Faltmaschine 1 bewegt wird, mit den Faltmessern 3, 4 gefaltet wird, so dass Stehfalten über die Breite des Bahnmaterials entstehen. Hierzu sind bei der Vorrichtung der DE 195 38 519 A1 zu beiden Seiten des Bahnmaterials 2 Faltmesser 4, 5 vorgesehen, die translatorisch in das Bahnmaterial 2 bewegt werden, wobei diese translatorische Bewegung mit einer rotatorischen Kippbewegung überlagert ist. Im Folgenden wird lediglich auf die translatorische Bewegung eingegangen, die schematisch durch den Doppelpfeil 6 angedeutet ist.
Zur Erzeugung der translatorischen Auf- und Abbewegung (Hubbewegung) 6 des unteren Faltmessers oder Untermessers 4, wird ein Antriebsmotor 7 mit einer translatorischen Antriebsbewegung eingesetzt. Der Antriebsmotor 7 ist ein Linearmotor in Form eines abgewickelten rotatorischen Elektromotors, an dessen linearer Achse eine stationäre Magnetleiste vorgesehen ist, während sich die Spulenwicklungen im Inneren eines beweglichen Läufers 8 befinden. Der Läufer 8 ist fest mit dem Untermesser 4 verbunden und bewegt sich in Abhängigkeit von einem Erregerstrom durch die Spule in Hubrichtung 6 im Magnetfeld der Magnetleiste hin und her, je nachdem wie er mit einem Strom beaufschlagt ist.
Bei der Ausführungsform der 1 ist an jedem der beiden quer zur Zustellrichtung 3 des Bahnmaterials 2 gelegenen Enden 9 des Faltmessers 4 ein translatorischer Antriebsmotor 7 vorgesehen. Bei dieser Anordnung, der sogenannten Gantry-Anordnung, werden hohe Antriebskräfte bei einer gleichzeitig sehr genauen Bewegungskontrolle erzielt.
Grundsätzlich kann jede beliebige Art eines translatorischen Antriebsmotors verwendet werden, beispielsweise auch ein Druckzylinder oder ein Bandzylinder. Hinsichtlich der Bewegungsgenauigkeit und der erzeugbaren Antriebskräfte ist jedoch ein elektrischer Linearmotor zu bevorzugen.
Um die beim Falten des Bahnmaterials 2 auftretenden Faltkräfte F_F quer zur Hubbewegung 6 aufzunehmen, ist in dem translatorischen Antriebsmotor 7 eine Linearführung 10 integriert.
Außerdem ist der translatorische Antriebsmotor 7 mit einer Wegmesseinrichtung 11 versehen, die über eine Leitung 12 ein für den vom Läufer 8 zurückgelegten Weg repräsentatives Signal an eine Steuereinrichtung 13 ausgibt. Die Steuereinrichtung 13 kann einen Mikroprozessor beinhalten und beispielsweise in Form einer SPS-Steuerung oder eines Computers aufgebaut sein. In der Steuereinrichtung 13 wird das Wegsignal ausgewertet und mit abgespeicherten Sollwerten verglichen. Über eine Steuerleitung 14 wird dann von der Steuereinrichtung 13 ein Antriebssignal für den translatorischen Antriebsmotor 7 ausgegeben, so dass eventuelle Abweichungen der tatsächlichen Wegkurve des Läufers 8 von der vorbestimmten Soll-Kurve im Speicher der Steuereinrichtung ausgeglichen werden.
Die Wegmesseinrichtung 11 kann beispielsweise auf optischem oder kapazitivem Weg arbeiten, indem inkremental oder absolut während der Bewegung des Läufers in vorbestimmten Abständen vorgesehene Markierungen in Bewegungsrichtung abgetastet werden. Andere Wegmesseinrichtungen 11, die bei der Ausführungsform der 1A eingesetzt werden können, erfassen die momentane Lage des Faltmessers 4, 5 auf magnetischem oder induktivem Wege.
Die Bewegung des oberen Faltmessers beziehungsweise Obermessers 5 ist im Wesentlichen bezüglich der Ebene des Bahnmaterials 2 entgegengesetzt gleich der Bewegung des Untermessers 4, wobei zwischen der Bewegung des Untermessers 4 und des Obermessers 5 ein Phasenversatz vorhanden sein kann. Der Aufbau der Antriebseinheiten beim Obermesser 5 ist identisch dem Aufbau der Antriebseinheit 7, 8, 10 und 11 bis 14 des Untermessers 4.
In 1 nicht zu erkennen ist, dass der translatorische Antriebsmotor 7 mit einer Haltevorrichtung versehen ist, die den Läufer 8 feststellt, wenn der translatorische Antriebsmotor 7 nicht betätigt wird, beziehungsweise wenn der Antriebsmotor 7 stromlos ist.
Diese Haltevorrichtung kann in Form einer elektromechanischen Bremse ausgestaltet sein, oder in Form eines im Achsenkörpers integrierten Bandzylinders, der mit einem Fluiddruck beaufschlagt ist.
1B zeigt schematisch den Aufbau einer Haltevorrichtung in Form eines Bandzylinders.
Die Haltevorrichtung 15 ist im translatorischen Antriebsmotor 7 integriert, der in 1B geschnitten dargestellt ist, wobei die elektrische Antriebskomponente weggelassen ist. Der Läufer 8 ist über ein Verbindungselement 16 mit einem über zwei Rollen oder Walzen 17, 18 geführtem Band 19 verbunden, das der Bewegung des Läufers 8 folgt. Eine der Walzen 17, 18 kann zudem mit einem nicht dargestellten Drehgeber verbunden sein, um die Position des Läufers 8 über die Zeit zu erfassen. Das Band 19 ist gegenüber liegend dem Läufer 8 mit einem Kolben 20 verbunden, der in Bewegungsrichtung des Bandes 19 innerhalb eines Zylinders 21 geführt ist. Durch den Kolben 20 werden zwei im Wesentlichen druckdichte Fluidkammern 22, 23 im Zylinder 21 bestimmt. Bei dem in 1B dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft das Band 19 durch die Kammern 22, 23, wobei im Bereich 24 des Eintritts des Bandes in den jeweiligen Zylinder 21 entsprechende Dichtungen Druckverluste im Zylinder 21 verhindern. Die Kammern 22, 23 können mit einem unter Druck stehenden Fluid über Leitungen 25, 26 beaufschlagt werden. Als Fluid kann ein Hydraulikfluid oder vorzugsweise Druckluft verwendet werden.
Bei einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern 22, 23 wird eine Kraft F_K erzeugt, die der Gewichtskraft G der Faltmesser 4, 5 genau entgegengesetzt ist. Durch die vom Kolben 20 erzeugte Kraft F_K wird die Gewichtskraft G dann vollständig kompensiert, so dass durch den translatorischen Antrieb 7 lediglich die dynamischen Kräfte aufzubringen sind.
Bei Stromausfall können die beiden Druckleitungen 25, 26 automatisch geschlossen werden, so dass der Kolben 20 und damit der Läufer 8 festgestellt wird.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Faltmaschine 1 in einer schematischen Perspektivansicht gezeigt. Dabei werden für Elemente, die in ihrer Funktion oder ihrem Aufbau Elementen der Ausführungsform der 1A entsprechen, dieselben Bezugszeichen wie in 1A verwendet. Der Einfachheit halber wird lediglich auf die Unterschiede zur Ausführungsform der 1 eingegangen.
Im Unterschied zur Ausführungsform der 1 ist den beiden Enden 9 der beiden Faltmesser 4, 5 jeweils nur ein einziger translatorischer Motor 7 zugeordnet. Der translatorische Motor 7 an jeder Seite der Faltmesser 4, 5 treibt demnach beide Faltmesser 4, 5 gleichzeitig und unabhängig voneinander an. Dies wird durch unabhängige Steuerung der Spulen in den jeweiligen Läufern 6 von Obermesser 5, beziehungsweise Untermesser 4 erreicht.
Der Vorteil der Ausführungsform mit nur einem Motor an jeder Seite der Faltmesser liegt in dem verringerten Materialaufwand und der einfachen Ausrichtung der beiden Faltmesser 4, 5 zueinander. Da beide Faltmesser 4, 5 auf der gleichen Führung laufen, fluchten die Bewegungen der Faltmesser 4, 5 automatisch. Natürlich kann für beide Faltmesser 4, 5 insgesamt auch nur ein Antriebsmotor 7 verwendet werden, wobei dieser Motor dann allerdings höhere Antriebskräfte aufbringen muss.
In 3 ist schematisch der Aufbau eines Faltmessers 4, 5 in einer Perspektivansicht dargestellt. Da die Faltmesser 4, 5 im Wesentlichen gleich aufgebaut sind, wird im Folgenden lediglich beispielhaft der Aufbau des unteren Faltmessers 4 beschrieben.
Das Faltmesser 4 weist einen Messerbalken 27 und einen mit dem Messerbalken 27 wiederholt lösbar verbundenen Messerabschnitt 28 auf.
Der Messerbalken 27 erstreckt sich quer zur Zustellrichtung 3 (vgl. 1A) über die gesamte Breite des Bahnmaterials 2. Über Verbindungsabschnitte 29 an den beiden Enden des Messerbalkens 27 ist dieser mit den Läufern 8 verbunden. Über die Verbindungsabschnitte 29 wird die Antriebskraft von den translatorischen Antriebsmotoren 7 über den Messerbalken 27 auf den Messerabschnitt 28 übertragen. Der Messerabschnitt 28 gelangt zur Erzeugung der Stehfalten im Bahnmaterial 2 im Laufe der Hubbewegung 6 in Eingriff mit dem Bahnmaterial 2.
Durch die Verwendung der translatorischen Antriebsmotoren 7 werden die bewegten Massen gegenüber den herkömmlichen Maschinen derart verringert, dass bereits durch eine Gewichtsverringerung des Messerbalkens 27 eine wesentliche Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeiten der Faltmaschine 1 erreicht werden kann.
Zur Gewichtsverringerung ist der Messerbalken 27 daher in einer Fachwerkbauweise ausgeführt, bei der Tragrippen 30, die durch Aussparungen 31 voneinander getrennt sind, die Kräfte im Messerbalken 27 aufnehmen. Die Tragrippen 30 stabilisieren und versteifen den Messerbalken 27 und übertragen die Faltkräfte F_F (vgl. 1A) und die Antriebskräfte.
Im Bereich der Tragrippen 30, vorzugsweise in Bereichen, an denen sich mehrere Tragrippen kreuzen, sind Befestigungslöcher 32, beispielsweise Gewindebohrungen, zur wiederholt lösbaren Befestigung des Messerabschnitts 28 vorgesehen. Die Oberfläche 33 des Messerbalkens 27, an der der Messerabschnitt 28 anliegt, ist vorzugsweise glatt ausgestaltet, so dass eine vollflächige Auflage des Messerabschnitts 28 erreicht wird.
Der Messerabschnitt 28 ist aus einem Edelstahlblech, der Messerbalken 27 aus einem hochfesten Metall, beispielsweise Stahl oder einer Leichtmetalllegierung, gefertigt.
Die Anordnung der Tragrippen 30 ist so gewählt, dass auch bei hohen Faltgeschwindigkeiten eine ausreichende Steifigkeit des Messerbalkens vorliegt und nur hochfrequente Schwingungen mit kleinen Amplituden möglich sind, die die Qualität des Faltvorganges nicht beeinflussen können.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Faltmaschine 1 in einer schematischen Perspektivansicht gezeigt. In 4 werden dabei für Elemente, deren Funktion und Aufbau der Funktion und dem Aufbau von Elementen der vorangegangenen Figuren entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zur Ausführungsform der 1 eingegangen.
In der 4 ist der Übersicht halber der Antriebsmotor 7 weggelassen. Lediglich die Läufer 8 und die Führungen 10 sind dargestellt. Im Unterschied zur Ausführungsform der 1A ist die Ebene der Längsführungen 10 nicht parallel zur Längsstreckung der Faltmesser 4, 5 ausgerichtet, sondern senkrecht dazu, also parallel zur Zustellrichtung 3 des Bahnmaterials 2. Im Übrigen entspricht die Anordnung der 4 der Ausführungsform der 1A und kann, wie diese, mit zwei translatorischen Antriebsmotoren 7 an jeder Seite, oder aber auch, wie bei der Ausführungsform der 2, mit einem einzigen Antriebsmotor 7 auf jeder Seite der Faltmesser 4, 5 ausgestattet sein.
Schließlich ist in 4 ein rotatorischer Antrieb 34 zur Erzeugung der Kippbewegung 35 gezeigt. Wie bereits in der DE 195 38 519 A1 beschrieben ist, ist die Kippbewegung 35 der Faltmesser 4, 5 der Hubbewegung 6 überlagert, um im Bahnmaterial (in 4 nicht dargestellt) Falten zu erzeugen. In 4 ist beispielhaft lediglich der rotatorische Antrieb 34 für das Obermesser 5 dargestellt. Für das Untermesser 4 ist ein im Wesentlichen identisch aufgebauter, rotatorischer Antrieb vorgesehen.
Bei dem rotatorischen Antrieb 34 wird eine Drehbewegung 36 eines rotatorischen Antriebsmotors 37 über eine die Drehbewegung 36 übertragende Antriebsschwinge 38 auf das Obermesser 5 übertragen. Zur Übertragung der Rotationsbewegung des Rotationsmotors 37 auf die Kippbewegung 36 des Faltmessers werden unten genauer beschriebene, in der 4 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Getriebeelemente verwendet. Der Rotationsmotor 37 ist vorzugsweise ein elektrischer Motor, wie beispielsweise ein Servomotor oder ein Schrittmotor. Der Rotationsmotor 37 wird reversierend betrieben.
Die Antriebsschwinge 38, deren möglicher Aufbau genauer mit Bezug auf die 5 bis 7 unten erläutert wird, ist mit ihrem einen Ende so mit dem Obermesser 5 verbunden, dass sie der Hubbewegung 6 des Obermessers 5 folgt. Das andere Ende ist mit dem Rotationsmotor 37 verbunden. Hierzu ist die Antriebsschwinge 38 wenigstens zweiarmig aus zwei Teilschwingen 39, 40 aufgebaut. Die beiden Teilschwingen 39, 40 sind gelenkig bzw. schwenkbar miteinander verbunden und mit Getriebeelementen versehen, beziehungsweise aus Getriebeelementen gebildet, welche eine Übertragung der reversierenden Drehbewegung des Rotationsmotors 37 in die Kippbewegung 35 des Faltmessers 5 ermöglichen. Die Ausgestaltung als Schwinge ermöglicht eine winkeltreue Übertragung der Drehbewegung des Rotationsmotors 37 zum Obermesser 5 unabhängig vom Hub des Obermessers 5. Die Teilschwingen 39, 40 führen während der Hubbewegung 6 des Obermessers 5 Schwenkbewegungen aus, die schematisch durch die Pfeile 41 und 42 dargestellt sind. Die Schwenkbewegungen der beiden Teilschwingen 39, 40 kompensieren die Abweichungen des Drehwinkels, so dass die Drehung des Rotationsmotors 37 winkeltreu an das Faltmesser 5 übertragen wird.
Anstelle eines einzigen, in der Mitte angeordneten Rotationsantriebs 34 können auch Rotationsantriebe an den beiden über die Breite des Bahnmaterials ragenden Seiten der Faltmesser 4, 5 angeordnet sein. Ebenso kann natürlich anstelle der Linearantriebe 7 zu beiden Seiten auch lediglich ein einziger Linearantrieb in der Mitte eines jeweiligen Faltmessers 4, 5 vorgesehen sein.
In den 5 bis 7 sind schematisch drei verschiedene Ausführungsformen für den Rotationsantrieb 34 mit der Antriebsschwinge 38 dargestellt, wobei in diesen Figuren im Wesentlichen die Bezugszeichen der 4 verwendet werden.
5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Drehbewegung 36 des Rotationsmotors 37 über zwei Riementriebe 43, 44 an das Obermesser 5 übertragen wird und dort eine Kippbewegung 35 auslöst. Die beiden Riementriebe 43, 44 werden jeweils von den beiden Teilschwingen 39, 40 gehalten und sind gegeneinander schwenkbar über eine gemeinsame Rolle 45 oder zwei drehstarr miteinander verbundene Rollen 45 verbunden, die konzentrisch zum Verbindungsgelenk der beiden Teilschwingen 39, 40 verläuft. Bei der Hubbewegung des Obermessers 5 verschwenkt die erste Teilschwinge 39 mit dem ersten Riementrieb 43, 44 um die Antriebsachse des Rotationsmotors 37 und die zweite Teilschwinge 40 mit dem zweiten Riementrieb 44 um die gelenkige Verbindung der beiden Teilschwingen 39, 40.
Bei der Ausführungsform der 6 sind die beiden Riementriebe durch zwei Koppelgetriebe 43 ersetzt, die jeweils aus vier gelenkig miteinander verbundenen, ein Rechteck oder Parallelogramm bildende Getriebestangen aufgebaut sind. Bei der Ausführungsform der 6 kann auf die Teilschwingen 39, 40 verzichtet werden, da die Koppelgetriebe 43, 44 eine ausreichende Eigenstabilität aufweisen. Hierbei ist zu beachten, dass das Eigengewicht des Obermessers 5 von denen in 5 bis 7 nicht dargestellten translatorischen Antriebsmotoren 7 getragen wird.
Bei den Koppelgetrieben 43, 44 wird die Drehbewegung 36 des Rotationsmotors 37 in hin- und hergehende Bewegungen der Längsstangen 45 umgewandelt. Über eine Welle 46, die gleichzeitig als ein Schwenklager zum relativen Verschwenken der beiden Koppelgetriebe 43, 44 dient, sind die Bewegungen der beiden Koppelgetriebe 43, 44 der Teilschwingen 39, 40 miteinander verbunden.
In 7 schließlich ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Riemengetriebe 43, 44 durch miteinander kämmende Zahnräder 46, 47, 48 ersetzt sind. Dabei werden wenigstens drei Zahnräder 46, 47, 48 verwendet, wobei ein jedes Zahnrad mit seiner Achse konzentrisch zu einem Schwenklager der Antriebsschwinge 38 angeordnet ist.
Bei allen drei Ausführungsformen der 5 bis 7 bleibt der Drehwinkel an An- und Abtrieb unabhängig von dem Hub und der aktuellen Position des Obermessers 5 konstant. Dies ermöglicht eine exakte Steuerung der Kippbewegung. Insbesondere bei der Ausgestaltung der Antriebsschwinge als Zahnriemen- oder Zahnradschwinge, wie sie in den 5 und 7 gezeigt ist, ist es möglich, große Kippwinkel bis hin zu einer vollständigen Drehung des Obermessers 5 zu erzeugen. Andere Getriebeformen als die in den 5 bis 7 gezeigten sind ebenfalls möglich. So kann die Antriebsschwinge auch aus zwei über ein Kreuzgelenk verbundene Drehwellen gebildet sein.
Um die Kippbewegung exakt steuern zu können, kann an einem der Getriebeelemente oder an dem Faltmesser ein weiterer Wegaufnehmer (nicht gezeigt) vorgesehen sein, der die Kipplage des Faltmessers 4, 5 aufnimmt und an die Steuereinrichtung 13 weiterleitet. Die Steuereinrichtung 13 kann dann mit Hilfe vorbestimmter, abgespeicherter Bahnkurven die Kippbewegung 36 der Faltmesser 4, 5 unabhängig von der Hubbewegung 6 regeln.
Die nicht gezeigte Antriebsschwinge für das Untermesser ist symmetrisch zur Ebene des Bahnmaterials 2 (vgl. 1A) und identisch zur Antriebsschwinge 38 des Obermessers 5 aufgebaut. Durch die hubunabhängige Kippbewegung der Faltmesser 4, 5 kann jedes Messer unabhängig vom anderen Messer in eine Service-Position zum Reinigen oder Demontieren des Messerabschnitts 28 überführt werden. Außerdem können die Faltbewegungen für Obermesser und Untermesser unterschiedlich eingestellt werden, was beispielsweise bei einem Bahnmaterial 2 mit einer glatten und einer flauschigen Seite zu verbesserten Faltergebnissen führt. Schließlich können die beiden Faltmesser 4, 5 so angesteuert werden, dass zwischen ihnen ein im Wesentlichen konstanter Abstand eingehalten wird und dass das jeweils gekippte Faltmesser in die senkrechte Position überführt wird, während das andere, bereits geradestehende Messer aus der gerade erzeugten Falte gezogen wird.
Da der Hub über die Steuereinrichtung 13 beliebig und unabhängig vom Rotationsantrieb 37 eingestellt werden kann und nur noch von der Länge der Führungen 10 abhängt und außerdem die Kippbewegung 35 von der Hubbewegung 6 völlig entkoppelt ist, kann eine einzige Faltmaschine 1 bei einer Vielzahl von Faltanwendungen eingesetzt werden.

Claims

Faltmaschine (1) zum Falten eines Bahnmaterials (2), mit einem Rotationsmotor (37) und mit wenigstens einem Faltmesser (4, 5), das im Betrieb durch den Rotationsmotor (37) rotatorisch zur Ausführung einer Kippbewegung (36) antreibbar ist, wobei der Kippbewegung (35) des wenigstens einen Faltmessers (4, 5) im Betrieb eine translatorische Hubbewegung (6) bezüglich des Bahnmaterials überlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotationsmotor (37) und dem wenigstens einen Faltmesser (4, 5) Getriebeelemente (38, 39, 40, 43, 44) angeordnet sind, durch die ein vorgegebener Drehwinkel auf Seiten des Rotationsmotors (37) in einen unabhängig von der Hubbewegung (6) gleichbleibenden Drehwinkel auf Seiten des wenigstens einen Kippmessers (4, 5) übertragbar ist.
Faltmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeelemente (38, 39, 40, 43, 44) eine Antriebsschwinge (38, 39, 40) umfassen, deren eines Ende der Auf- und Abbewegung des Faltmesser (4, 5) folgend ausgestaltet ist.
Faltmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende der Antriebsschwinge (38, 39, 40) mit dem Antriebsmotor (37) verbunden ist.
Faltmaschine (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsschwinge (38) zwei schwenkbar miteinander verbundene Teilschwingen (39, 40)aufweist.
Faltmaschine (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeelemente (43, 44) einen Riementrieb umfassen.
Faltmaschine (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeelemente (43, 44) einen Zahnradtrieb umfassen.
Faltmaschine (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeelemente (43, 44) ein Koppelgetriebe umfassen.
Faltmaschine (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Antriebsmotor (7) vorgesehen ist, durch den im Betrieb die Hubbewegung (6) erzeugbar ist, wobei der Antriebsmotor (7) eine translatorische Antriebsbewegung (6) ausführend ausgebildet ist.
Faltmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (7) als ein Linearmotor ausgestaltet ist.
Faltmaschine (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (7) mit einer Linearführung (10) versehen ist, durch die im Betrieb der Faltmaschine (1) auftretende Faltkräfte (F_F) quer zur Auf- und Abbewegung (6) der Faltmesser (4, 5) abstützbar sind.
Faltmaschine (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (10) im Antriebsmotor (7) integriert ist.
Faltmaschine (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsbewegung (6) des Antriebsmotors (7) im Wesentlichen in Schwerkraftrichtung ausgerichtet ist.
Faltmaschine (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (7) mit einer Haltevorrichtung (15) versehen ist, durch die eine zumindest der Gewichtskraft (G) des Faltmessers (4, 5) entgegengesetzte Haltekraft (F_K) erzeugbar ist.
Faltmaschine (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (15) einen die Haltekraft (F_K) erzeugenden Fluidzylinder (21) aufweist.
Faltmaschine (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltevorrichtung (15) vorgesehen ist, durch die die Lage des wenigs tens einen Faltmessers (4, 5) bei ausgeschaltetem Antriebsmotor (7) feststellbar ist.
Faltmaschine (1) nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wegerfassungsmittel (11) vorgesehen ist, durch das die Lage des wenigstens einen Faltmessers (4, 5) während der Auf- und Abbewegung erfassbar ist.
Faltmaschine (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Antriebsmotor (7) und/oder dem Rotationsmotor (37) verbundene Steuereinrichtung (13) vorgesehen ist, durch welche der Hub . (6) und/oder die Kippbewegung (36) des wenigstens einen Faltmessers (4, 5) vorgebbar ist.
Faltmaschine (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Faltmesser (4, 5) bezüglich der Auf- und Abbewegung (6) im Wesentlich bewegungsstarr mit dem Antriebsmotor (7) verbunden ist.
Faltmaschine (1) nach einem der oben genannte Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Faltmesser (4, 5) direkt mit dem Antriebsmotor (7) verbunden ist.
Faltmaschine (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Faltmesser (4, 5) translatorisch starr mit wenigstens einem Läufer (8) des Linearmotors (7) verbunden ist.
Faltmaschine (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem quer zum Bahnmaterial (2) gelegenen Ende (9) des wenigstens einen Faltmessers (4, 5) ein Antriebsmotor angebracht ist.
Faltmaschine (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar von sich bezüglich des Bahnmaterials (2) im Wesentlichen gegenüber liegenden Faltmessern (4, 5) vorgesehen ist.