Rotationsschneidvorrichtung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Rotationsschneidvorrichtung mit einem drehbaren Schneidwerkzeug und einer drehbaren Amboßwalze mit einer Schneidstütze, wobei am Schneidwerkzeug eine mit der Schneidstütze zusammenwirkende Schneide angeordnet ist zum Schneiden einer Werkstoffbahn, und wobei am Schneidwerkzeug mindestens ein Stützring mit einer Stützfläche gehalten ist zum Abstützen des Schneidwerkzeuges gegenüber der Amboßwalze. Um die Rotationsschneidvorrichtung derart weiterzubilden, daß auch hochfeste Werkstoffe zuverlässig und präzise geschnitten werden können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Schneide und die Schneidstütze zumindest im Bereich ihrer Oberfläche aus Hartmetall gefertigt sind und daß die Schneide in radialer Richtung relativ zur Stützfläche zurückgesetzt ist, wobei der radiale Abstand zwischen der Schneide und der Stützfläche derart in Abhängigkeit vom Elastizitätsmodul des Stützringes ausgebildet ist, daß die Schneide bei Ausübung einer Vorspannkraft die Schneidstütze nahezu berührt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Rotationsschneidvorrichtung umfassend ein Maschinengestell, ein am Maschinengestell um eine Drehachse drehbares Schneidwerkzeug sowie eine um eine Drehachse drehbare Amboßwalze mit einer Schneidstütze, wobei am Schneidwerkzeug eine mit der Schneidstütze zusammenwirkende Schneide angeordnet ist zum Schneiden einer zwischen dem Schneidwerkzeug und der Amboßwalze hindurchgeführten Werkstoffbahn, und wobei am Schneidwerkzeug mindestens ein Stützring mit einer Stützfläche gehalten ist zum Abstützen des Schneidwerkzeuges gegenüber der Amboßwalze.

[0002] Mittels derartiger Rotationsschneidvorrichtungen können fortlaufende Werkstoffbahnen beispielsweise aus Papier, Vliesstoffen, Textilien, Kunststoff- oder Metallfolien beschnitten werden. Hierbei ist es insbesondere möglich, kurvenförmige Schnittkanten zu erzeugen, die in sich geschlossen sein können. Rotationsschneidvorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der DE 39 24 053 A1 sowie der DE 198 34 104 A1 bekannt.

[0003] Üblicherweise steht die Schneide in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse des Schneidwerkzeugs über die Stützfläche des Stützrings hervor. Dadurch wird sichergestellt, daß die Schneide beim Beschneiden des Werkstoffs auf der Schneidstütze aufsitzt. Eine derartige Ausgestaltung hat jedoch den Nachteil, daß insbesondere bei Einsatz hochfester Werkstoffe nicht in allen Fällen ein präziser Schnitt erzeugt werden kann, denn es besteht die Gefahr, daß bei Ausübung hoher Vorspannkräfte, wie sie beim Beschneiden hochfester Werkstoffe zum Einsatz kommen, die Schneide und/oder die Schneidstütze beschädigt werden.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rotationsschneidvorrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß auch hochfeste Werkstoffe zuverlässig und präzise beschnitten werden können.

[0005] Diese Aufgabe wird bei einer Rotationsschneidvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schneide und die Schneidstütze zumindest im Bereich ihrer Oberfläche aus Hartmetall gefertigt sind und daß die Schneide in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse des Schneidwerkzeuges relativ zu der Stützfläche zurückgesetzt ist, wobei der radiale Abstand zwischen der Schneide und der Stützfläche derart in Abhängigkeit vom Elastizitätsmodul des Stützringes ausgebildet ist, daß die Schneide bei Ausübung einer zwischen dem Schneidwerkzeug und der Amboßwalze wirkenden Vorspannkraft die Schneidstütze nahezu berührt.

[0006] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Schneide und die mit dieser zusammenwirkende Schneidstütze zumindest im Bereich ihrer Oberfläche aus Hartmetall zu fertigen. Selbst bei Einsatz hochfester Werkstoffe, beispielsweise sehr zugfester Aramidfasernetze oder auch Stahlnetze, wie sie zum Beispiel bei der Herstellung von Kraftfahrzeugreifen zum Einsatz kommen, kann dadurch ein präziser Schnitt durchgeführt werden, wobei sich nur eine minimale Abnützung der Schneide einstellt.

[0007] Da bei Einsatz von Hartmetall für die Schneide und die Schneidstütze die Gefahr eines Bruches der Schneide besteht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Schneide bezogen auf die Drehachse des Schneidwerkzeuges eine geringere radiale Erstreckung aufweist als die Stützflächen des Stützringes. Die Schneide ist somit im unbelasteten Zustand der Rotationsschneidvorrichtung in radialer Richtung relativ zu der Stützfläche zurückgesetzt. Der radiale Abstand zwischen der Schneide und der Stützfläche wird hierbei in Abhängigkeit vom Elastizitätsmodul des Stützringes ausgebildet, d. h. in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Materialelastizität des Stützringes. Hierbei fließt der Gedanke mit ein, daß der Stützring, selbst wenn er aus Stahl gefertigt ist, bei Ausübung einer Vorspannkraft zwischen dem Schneidwerkzeug und der Amboßwalze einer radialen Deformation unterliegt, so daß sich die radiale Erstreckung des Stützringes bezogen auf die Drehachse des Schneidwerkzeuges in Abhängigkeit vom jeweiligen Elastizitätsmodul verringert. Der relative Abstand zwischen der Hartmetall-Schneide und der Hartmetall-Schneidstütze im unbelasteten Zustand der Rotationsschneidvorrichtung wird nun derart gewählt, daß die Schneide im belasteten Zustand der Vorrichtung, d. h. bei Ausübung der Vorspannkraft, die Schneidstütze nahezu berührt, d. h. daß die Schneide mit minimalstem Abstand der Schneidstütze gegenübersteht oder diese leicht berührt. Ein derartiges "leichtes Berühren" gewährleistet zum einen einen zuverlässigen Schnitt des Werkstoffes, zum anderen wird dadurch ein Bruch der Hartmetall-Schneide ebenso vermieden wie eine Beschädigung der Hartmetall-Schneidstütze.

[0008] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schneide und/oder die Schneidstütze eine Oberflächenbeschichtung aus Hartmetall aufweisen.

[0009] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Schneide und/oder die Schneidstütze im wesentlichen vollständig aus Hartmetall gefertigt sind. Damit lassen sich auch hochfeste Werkstoffe zuverlässig beschneiden, wobei eine im Hinblick auf übliche Rotationsschneidvorrichtungen erheblich verlängerte Standzeit erzielt werden kann.

[0010] Günstig ist es, wenn die Schneide bei Ausübung der Vorspannkraft zwischen dem Schneidwerkzeug und der Amboßwalze einen radialen Abstand von weniger als etwa 500 µm zu der mindestens einen Stützfläche aufweist.

[0011] Ein besonders zuverlässiger Schnitt hochfester Werkstoffe wird bei einer bevorzugten Ausführungsform dadurch sichergestellt, daß die Schneide bei Ausübung der Vorspannkraft, d. h. im belasteten Zustand der Rotationsschneidvorrichtung, einen radialen Abstand von weniger als ca. 100 µm zu der Stützfläche aufweist.

[0012] Von besonderem Vorteil ist es, wenn der mindestens eine Stützring zumindest im Bereich der Stützfläche aus Hartmetall gefertigt ist. Bei einer derartigen Ausführungsform unterliegen weder die Schneide und die zugeordnete Stützfläche noch der zum Abstützen des Schneidwerkzeuges gegenüber der Amboßwalze zum Einsatz kommende Stützring einer merklichen Abnützung, so daß sich die Rotationsschneidvorrichtung selbst bei Ausübung hoher Vorspannkräfte durch eine besonders lange Standzeit auszeichnet.

[0013] Der Stützring kann hierbei eine Oberflächenbeschichtung aus Hartmetall aufweisen.

[0014] Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der mindestens eine Stützring im wesentlichen vollständig aus Hartmetall gefertigt ist.

[0015] Die vorzugsweise vollständig aus Hartmetall gefertigte Schneidstütze kann beispielsweise in Form einer Schneidplatte ausgestaltet sein, die an der Amboßwalze gehalten ist, wobei ihre Krümmung an die Krümmung der Amboßwalze angepaßt ist.

[0016] Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Schneidstütze eine Stützhülse umfaßt, die einen Grundkörper der Amboßwalze in Umfangsrichtung umgibt. Bei einer derartigen Ausführungsform ist die Schneidstütze formschlüssig am Grundkörper der Amboßwalze gehalten, so daß die Schneidstütze auch hohen mechanischen Belastungen zuverlässig standhalten kann.

[0017] Alternativ kann vorgesehen sein, daß die Schneidstütze einstückig mit der Amboßwalze verbunden ist und somit als einheitliches Bauteil herstellbar ist. Eine derartige Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Schneidstütze eine Oberflächenbeschichtung aus Hartmetall aufweist.

[0018] Vorzugsweise umfaßt die Rotationsschneidvorrichtung zwei aus Hartmetall gefertigte Stützringe, die jeweils drehfest am Schneidwerkzeug gehalten sind und zwischen sich die Schneide aufnehmen.

[0019] Auch im Hinblick auf die Stützringe kann alternativ vorgesehen sein, daß die Stützringe einstückig mit dem Schneidwerkzeug verbunden sind und somit ein einheitliches Bauteil ausbilden, wobei es von besonderem Vorteil ist, wenn die Stützringe eine Hartmetall-Oberflächenbeschichtung aufweisen.

[0020] Als Hartmetall kommt vorzugsweise ein pulvermetallurgisch hergestelltes Sintermetall zum Einsatz, beispielsweise ein Sinterwerkstoff mit einem metallischen Hartstoff auf Wolframbasis und einem Bindemittel auf Kobaltbasis. Zur Erzielung einer besonders hohen Zähigkeit für die Schneide und die Schneidstütze hat sich insbesondere der Einsatz eines Hartmetalles mit wolframcarbid(WC)-titancarbid(TiC)-tantalcarbid(TaC)-haltigen Carbidmischkristallen erwiesen.

[0021] Alternativ kann insbesondere zur Erzielung einer besonders hohen Verschleißfestigkeit für die Schneide und die Schneidstütze ein Hartmetall zum Einsatz kommen, dessen Hartphase im wesentlichen aus Titancarbid und/oder Titannitrit besteht. Derartige titancarbidhaltige Hartmetalle sind unter der Bezeichnung "Cermet" bekannt.

[0022] Vorzugsweise weist das Hartmetall eine Härte von mehr als etwa 700 HV (Vickers-Härte) auf.

[0023] Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Figur 1:

eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Rotationsschneidvorrichtung;

Figur 2:

eine vergrößerte Darstellung des in Figur 1 mit A gekennzeichneten Bereichs im belasteten Zusand der Rotationsschneidvorrichtung und

Figur 3:

eine vergrößerte Darstellung des in Figur 1 mit A gekennzeichneten Bereichs in unbelastetem Zustand der Rotationsschneidvorrichtung.

[0024] In der Zeichnung ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte Rotationsschneidvorrichtung dargestellt zum Schneiden fortlaufender Werkstoffbahnen, beispielsweise Metallfolien- oder Stahlnetzbahnen.

[0025] Die Rotationsschneidvorrichtung umfaßt ein Maschinengestell 12 mit zwei vertikal ausgerichteten Ständern 14, 16, die an einer Grundplatte 18 gehalten und an ihren freien Enden über eine Quertraverse 20 miteinander verbunden sind. Zwischen den Ständern 14, 16 des Maschinengestells 12 sind in an sich bekannten Drehlagern 22, 23 und 24, 25 eine Amboßwalze 28 bzw. ein Schneidwerkzeug in Form einer Schneidwalze 30 drehbar gelagert. Mittels an den Ständern 14 und 15 gehaltener, an sich bekannter und deshalb in der Zeichnung nur schematisch dargestellter Verstelleinrichtungen 32, 34 kann die Schneidwalze 30 in einer Verstellrichtung 36, die parallel zur Erstreckung der Ständer 14, 16 verläuft, verstellt werden.

[0026] Die zur drehbaren Lagerung der Schneidwalze 30 zum Einsatz kommenden Drehlager 24 und 25 stützen sich über die Verstelleinrichtungen 34 bzw. 36 und jeweils eine am freien Endbereich der Ständer 14 bzw. 16 gehaltene Vorspanneinrichtung 38 an einem von der Quertraverse 20 abgestützten Widerlager 40 ab. Mittels der Vorspanneinrichtung 38 kann die Schneidwalze 30 mit einer einstellbaren Vorspannkraft in Richtung auf die Amboßwalze 28 beaufschlagt werden.

[0027] Die Amboßwalze 28 ist um eine Drehachse 42 frei drehbar und umfaßt einen zylinderförmigen Grundkörper 44, an dessen Stirnseiten Wellenstummel 46, 48 angesetzt sind, die in den Drehlagern 22 bzw. 23 gelagert sind. Außerdem umfaßt die Amboßwalze 28 eine den Grundkörper 44 in Umfangsrichtung umgebende Stützhülse 50, die formschlüssig mit dem Grundkörper 44 verbunden und aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Hartmetall, dessen Hartphase im wesentlichen aus Wolframcarbid (WC) und dessen Bindemittel im wesentlichen aus Kobalt besteht, gefertigt ist.

[0028] Die Schneidwalze 30 ist drehfest auf einer Werkzeugwelle 52 gehalten, die um eine Drehachse 54 frei drehbar in den Drehlagern 24 und 25 gelagert ist, wobei sich ein Antriebsstummel 56 durch das Drehlager 24 hindurch erstreckt. Über den Antriebsstummel 56 ist die Schneidwalze 30 mittels an sich bekannter und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellter Motor- und Getriebemittel drehend antreibbar.

[0029] Die zylinderförmig ausgebildete Schneidwalze 30 weist im Bereich ihres Zylindermantels 58 eine im Querschnitt im wesentlichen keilförmig ausgestaltete Schneide 60 auf, die sich sowohl in Umfangsrichtung des Zylindermantels 58 als auch in axialer Richtung bezogen auf die Drehachse 54 der Schneidwalze 30 erstreckt und eine in sich geschlossene Kurve ausbildet.

[0030] An den Stirnseiten der Schneidwalze 30 sind zwei Stützringe 62, 64 drehfest gehalten. Diese sind beiderseits der Schneide 30 koaxial zur Drehachse 54 der Schneidwalze 30 angeordnet und weisen jeweils eine Stützfläche 66 auf, die zylindrisch zur Drehachse 54 ausgerichtet ist und beiderseits der Schneide 60 auf der Stützhülse 50 der Amboßwalze 28 aufliegen.

[0031] Wie bereits erläutert, kann mittels der Vorspanneinrichtungen 38 die Schneidwalze 30 mit der Amboßwalze 28 verspannt werden, wobei sich die Schneidwalze 30 mittels der Stützringe 62, 64 auf der Amboßwalze 28 abstützt. Die beiden Stützringe 62, 64 begrenzen in axialer Richtung einen Schneidbereich, in den eine fortlaufende Werkstoffbahn zwischen die Schneidwalze 30 und die Amboßwalze 28 eingeführt werden kann, wobei durch das Rotieren der Schneidwalze 30 und Mitrotieren der Amboßwalze 28 ein durch die Form der Schneide 60 vorgegebener Werkstoffbereich ausgeschnitten werden kann.

[0032] Um einen möglichst präzisen Schnitt und eine möglichst geringe Abnützung der Schneide 60 und der Stützringe 62, 64 auch beim Schneiden hochfester Werkstoffe, beispielsweise extrem zugfester Stahlnetze, sicherzustellen, sind die Schneide 60 und die Stützringe 62, 64 aus demselben Hartmetall gefertigt, das auch bei der Herstellung der Stützhülse 50 zum Einsatz kommt. Da das Hartmetall nur eine verhältnismäßig geringe Bruchfestigkeit aufweist, ist für die Schneide 60 im unbelasteten Zustand der Rotationsschneidmaschine 10, d. h. in einem Zustand, bei dem keine Vorspannkraft auf die Schneidwalze 30 einwirkt, eine geringere radiale Erstreckung vorgesehen bezogen auf die Drehachse 54 der Schneidwalze 30 als für die Stützfläche 66. Dies wird aus der vergrößerten Darstellung in Figur 3 deutlich. Im unbelasteten Zustand weist also die Spitze 68 der Schneide 60 in radialer Richtung einen Abstand d zur Stützfläche 66 auf. Dieser Abstand beträgt vorzugsweise weniger als 500 µm, insbesondere weniger als 100 um, beispielsweise etwa 80 µm. Die Größe des Abstandes d wird in Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls der Stützringe 62, 64 derart gewählt, daß die Schneidenspitze 68 die Oberfläche der Stützhülse 50 praktisch berührt, wenn beim Schneiden des Werkstoffes mittels der Vorspanneinrichtungen 38 eine Vorspannkraft auf die Schneidwalze 30 in Richtung der Amboßwalze 28 ausgeübt wird. Hierbei fließt der Gedanke mit ein, daß die aus Hartmetall gefertigten Stützringe 62, 64 bei Beaufschlagung mit der Vorspannkraft einer Deformation in radialer Richtung unterliegen, so daß sich deren radiale Erstreckung bezogen auf die Drehachse 54 der Schneidwalze 30 verringert. Der im unbelasteten Zustand der Rotationsschneidvorrichtung 10 vorliegende Abstand d zwischen der Schneidspitze 68 und der Stützfläche 60 wird derart gewählt, daß er im belasteten Zustand durch die radiale Deformation der Stützringe 62, 64 praktisch kompensiert wird, wobei jedoch sichergestellt ist, daß die Schneidenspitze 68 auch im belasteten Zustand in radialer Richtung nicht über die Stützfläche 66 hervorsteht, so daß eine Beschädigung der Hartmetall-Schneide 60 während des Betriebes der Rotationsschneidvorrichtung 10 zuverlässig verhindert wird.

[0033] Die Größe des radialen Abstands d zwischen der Schneidenspitze 68 und der Stützfläche 66 ist somit abhängig vom Elastizitätsmodul des für die Herstellung der Stützringe 62, 64 zum Einsatz kommenden Hartmetallwerkstoffes. Je größer der Elastizitätsmodul ist, d. h. je steifer der Hartmetallwerkstoff, desto geringer kann der radiale Abstand d gewählt werden, um den die Schneidenspitze 68 in radialer Richtung bezogen auf die Stützfläche 66 der Stützringe 62, 64 zurückgesetzt ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht den Einsatz eines Hartmetalles für die Schneide 60, die Stützhülse 50 und die Stützringe 62, 64, so daß auch nach langer Standzeit der Rotationsschneidvorrichtung 10 ein präziser Schnitt selbst hochfester Werkstoffe gewährleistet ist.

Ansprüche

1. Rotationsschneidvorrichtung, umfassend ein Maschinengestell, ein am Maschinengestell um eine Drehachse drehbares Schneidwerkzeug sowie eine um eine Drehachse drehbare Amboßwalze mit einer Schneidstütze, wobei am Schneidwerkzeug eine mit der Schneidstütze zusammenwirkende Schneide angeordnet ist zum Schneiden einer zwischen dem Schneidwerkzeug und der Amboßwalze hindurchgeführten Werkstoffbahn, und wobei am Schneidwerkzeug mindestens ein Stützring mit einer Stützfläche gehalten ist zum Abstützen des Schneidwerkzeuges gegenüber der Amboßwalze, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide (60) und die Schneidstütze (50) zumindest im Bereich ihrer Oberfläche aus Hartmetall gefertigt sind und daß die Schneide (60) in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse (54) des Schneidwerkzeuges (30) relativ zu der Stützfläche (66) zurückgesetzt ist, wobei der radiale Abstand (d) zwischen der Schneide (60) und der Stützfläche (66) derart in Abhängigkeit vom Elastizitätsmodul des mindestens einen Stützringes (62, 64) ausgebildet ist, daß die Schneide (60) bei Ausübung einer zwischen dem Schneidwerkzeug (30) und der Amboßwalze (28) wirkenden Vorspannkraft die Schneidstütze (50) nahezu berührt.

2. Rotationsschneidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide (60) und/oder die Schneidstütze (50) eine Oberflächenbeschichtung aus Hartmetall aufweisen.

3. Rotationsschneidvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide (60) und/oder die Schneidstütze (50) im wesentlichen vollständig aus Hartmetall gefertigt sind.

4. Rotationsschneidvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide (60) bei Ausübung der Vorspannkraft einen radialen Abstand (d) von weniger als etwa 500 µm zu der Stützfläche (66) aufweist.

5. Rotationsschneidvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide (60) bei Ausübung der Vorspannkraft einen radialen Abstand von weniger als ca. 100 µm zu der Stützfläche (66) aufweist.

6. Rotationsschneidvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Stützring (62, 64) zumindest im Bereich der Stützfläche (66) aus Hartmetall gefertigt ist.

7. Rotationsschneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Stützring (62, 64) im wesentlichen vollständig aus Hartmetall gefertigt ist.

8. Rotationsschneidvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidstütze eine Stützhülse (50) umfaßt, die einen Grundkörper (44) der Amboßwalze (28) in Umfangsrichtung umgibt.

9. Rotationsschneidvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsschneidvorrichtung (10) zwei aus Hartmetall gefertigte Stützringe (62, 64) umfaßt, die jeweils drehfest am Schneidwerkzeug (30) gehalten sind und die Schneide (60) zwischen sich aufnehmen.

10. Rotationsschneidvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall eine Härte von mehr als etwa 700 HV (Vickers-Härte) aufweist.

11. Rotationsschneidvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall ein Sinterwerkstoff ist mit einem metallischen Hartstoff auf Wolframbasis und einem Bindemittel auf Kobaltbasis.

12. Rotationsschneidvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall ein Sinterwerkstoff ist mit einem titancarbidhaltigen Hartstoff.

Zeichnung