Falzwerk mit einer Falzwalzenbelastung

Abstract

 In einem Falzwerk (10) ist eine Mehrzahl von Falzwalzen (12,14) vorgesehen, die paarweise angeordnet, einen Falzspalt bilden. Beim Durchlauf eines zu falzenden Produktes durch den Falzspalt wird wenigstens eine der Falzwalzen (12) mit einem Belastungselement (23) so belastet, dass eine Rückstellkraft entsteht. Das Belastungselement (23) weist hierbei eine nichtlineare Ausdehnungs-Kraft-Kennlinie auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Falzwerk mit einer Mehrzahl von Falzwalzen, die an ihren Enden gelagert und belastet sind.

[0002] In Falzapparaten und Falzmaschinen müssen die Abstände der Falzwalzen zueinander entsprechend der gewünschten Falzart und der zu verarbeitenden Papiere auf die ein- oder mehrfache Dicke des Falzproduktes eingestellt werden. Hierzu sind bereits Vorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe die Falzspaltweiten in einem Falzwerk bzw. dem gesamten Falzapparat eingestellt werden können. Aus der DE 70 26 132 U1 ist hierzu beispielsweise eine Vorrichtung bekannt, mit deren Hilfe durch Einlegen einer Anzahl von Musterstreifen des zu verarbeitenden flächigen Produktes der Abstand der Falzwalzen reproduzierbar auf ein Ein- oder Vielfaches der Dicke des zu verarbeitenden flächigen Produktes eingestellt werden kann. Diese Einstellung kann durch eine zusätzliche Feinkorrektur noch verbessert werden. Beim Betrieb der Falzmaschine drückt dann ein durchlaufender Bogen bzw. ein bereits gefalztes Produkt die Walzen entgegen einer Federbelastung weiter auseinander. Eine derartig federbelastete Falzwalze ist beispielsweise aus der EP 511 488 A1 bekannt. Nachteilig an derartigen Feder belasteten Falzwalzen ist allerdings, dass für alle Stationen und Arbeitsbereiche die verwendeten Stahlfedern gleich und damit auch die eingesetzten Federkonstanten gleich sind. Damit ist eine Anpassung der Federkraft an die tatsächlichen Bedürfnisse an dem jeweiligen Falzwalzenpaar nur durch Erhöhung der Vorspannung der Feder oder durch Austausch der Feder gegen eine andere mit anderer Federkonstante möglich. Jedenfalls ist dies nur unter erhöhtem Einstellungs- und Zeitaufwand möglich.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Belastung für eine Falzwalze vorzuschlagen, mit deren Hilfe eine rasche Anpassung der an dem Falzwalzenpaar anliegenden Rückstellkraft entsprechend den jeweiligen Papiererfordernissen erfolgen kann.

[0004] Diese Aufgabe wird durch ein Falzwerk mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0005] Erfindungsgemäß wird also an wenigstens einer der Falzwalzen ein Belastungselement vorgesehen. Dieses Belastungselement weist eine nicht-lineare Auslenkungs-Kraft-Kennlinie auf. Durch eine derartige Ausgestaltung des Belastungselementes ist gewährleistet, dass bei einer hohen Auslenkung der Falzwalzen zueinander die Rückstellkraft überproportional ansteigt und somit ein sicherer Transport auch bei dicken Papieren gewährleistet ist. Gleichzeitig wird beim Durchgang von dünnen Papieren durch den Walzenspalt gewährleistet, dass die auf das Papier wirkende Kraft so niedrig gehalten wird, dass zwar ein sicherer Transport des Papiers erfolgt, jedoch ein Markieren des Papiers durch die Falzwalzen unterbleibt.

[0006] Diese nicht-linearen Belastungselemente lassen sich auf vielfältige Weise verwirklichen. So kann das Belastungselement beispielsweise als Elastomerkörper ausgebildet sein, an dessen einer Seitenfläche eine Platte und an dessen anderer Seitenfläche ein konischer Eindringkörper vorgesehen ist. Insbesondere durch das Vorsehen des konischen Eindringkörpers kann sowohl der Verlauf der nicht-linearen Auslenkungs-Kraft-Kennlinie wie auch die Vorspannung des Elastomerkörpers eingestellt werden.

[0007] Daneben ist es auch möglich, ein sogenanntes pneumatisches Expansionselement als Belastungselement vorzusehen. Dabei kann beispielsweise eine pneumatische Ringmembran oder ein Balgzylinder eingesetzt werden, der mit einer Druckleitung versehen wird. Über die Druckleitung lässt sich dann wiederum die Vorspannung des Belastungselementes sowie die nicht-lineare Auslenkungs-Kraft-Kennlinie an die jeweilige von dem Falzwalzenpaar durchzuführende Aufgabe einstellen.

[0008] Selbstverständlich können auch andere Belastungselemente eingesetzt werden, die eine nicht-lineare Auslenkungs-Kraft-Kennlinie aufweisen, wie etwa Fluidkissen.

[0009] Der Einsatz des erfindungsgemäßen Belastungselementes gewährleistet jedenfalls, dass leichte Papiere mit sehr geringen Kräften gefalzt werden, sodass die statische Aufladung reduziert wird. Gleichzeitig ist für dickere Papiere gewährleistet, dass durch die dann entstehende größere Auslenkung die Rückstellkraft in den Falzwalzenspalten zunimmt, sodass auch diese Papiere sicher geführt werden können.

[0010] Das erfindungsgemäße Belastungselement lässt sich sowohl in den Falzwalzen einer Taschenfalzeinrichtung wie auch einer Schwertfalzeinrichtung oder in einer sogenannten Kombimaschine, die sowohl Taschen- wie auch Schwertfalzwerke aufweist, einsetzen. Über die Kombination mit einem automatischen oder mechanischen Voreinstellungssystem ist es damit möglich, die für die jeweilige Station zu erwartende Falzbelastungskraft in weiten Grenzen zu variieren und durch den Einsatz des Belastungselementes mit einer nicht-linearen Auslenkungs-Kraft-Kennlinie auch bei unterschiedlichen Papierdicken zu optimieren.

[0011] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile. Es zeigen im Einzelnen:

Figur 1

schematische Darstellung eines Taschenfalzwerkes mit einem pneumatischen Expansionselement als Belastungselement,

Figur 2

schematische Darstellung eines Taschenfalzwerkes mit einem Elastomerkörper als Belastungselement,

Figur 3

eine schematische Detaildarstellung des Verlaufs der Auslenkungs-Kraft-Linie

[0012] Figur 1, in der ein pneumatisches Expansionselement als Belastungselement 23 vorgesehen ist, zeigt einen Ausschnitt aus einem Falzwerk 10, bei dem Falzwalzen 12 und 14 vorgesehen sind. Die Falzwalze 12 ist drehbar um den Punkt 15 auf einem Arm 16 angebracht, wobei sich der Arm 16 bei Durchlauf eines zu falzenden Papiers zwischen den Falzwalzen 12 und 14 in Pfeilrichtung P bewegt. Üblicherweise wird eine Rückstellung, wie anhand der Falzwalze 18 und des Armes 20 gezeigt, über eine Feder 22 gewährleistet, deren Rückstellkraft entweder über die Rückstellkraft der ausgewählten Feder oder über ihren einstellbaren Spannungszustand fest eingestellt ist. Erfindungsgemäß wird diese Feder nun durch ein Belastungselement ersetzt, das als pneumatisches Expansionselement 24 ausgebildet ist. Beispielsweise kann das pneumatische Expansionselement als pneumatische Ringmembran oder Balgzylinder ausgeführt sein. Diese Membran oder dieser Balgzylinder ist zur Erzeugung der Rückstellungswirkung mit Druck belastet, was dadurch erreicht werden kann, dass eine Druckleitung 26 vorgesehen wird, über die das pneumatische Expansionselement 24 mit Überdruck beaufschlagt, insbesondere mit Luftdruck, gefüllt werden kann. Zum Füllen kann ein in der Maschine eingebrachter Kolbenkompressor vorgesehen werden. Alternativ ist auch die Druckluftversorgung über eine von dem Falzapparat unabhängige, beispielsweise Hausluftversorgung, möglich. Die Druckluftstärke wird über ein Bedienpult eingestellt, das entweder in das Hauptbedienpult integriert ist, oder als Einzelbedienpult an jedem Falzwerk 10 angebracht ist. Damit ist es möglich, durch die unterschiedliche Druckeinstellung jedes einzelne Falzwalzenpaar unmittelbar auf die bevorstehende Falzaufgabe anzusprechen und einzustellen. Das pneumatische Expansionselement 24 ist mit Hilfe eines Befestigungselementes, insbesondere einer Platte 28 am Walzenstuhl befestigt, sodass der Gegendruck auf den Arm 16 bei einer Auslenkung des Armes in Richtung des Pfeils P auf den Arm 16 wirken kann.

[0013] Figur 2, in der ein Elastomerkörper als Belastungselement 23 vorgesehen ist, zeigt eine alternative Ausgestaltung der Erfindung, in der wiederum in einem Falzwerk 10 ein Falzwalzenpaar 12 und 14 vorgesehen ist. Die Falzwalze 12 ist wiederum an einem Arm 16 befestigt, der bei Durchgang eines Papiers durch den Walzenspalt zwischen den Falzwalzen 12 und 14 in Pfeilrichtung P um den Punkt 15 bewegt wird. Der Arm 16 ist wiederum mit einem Belastungselement 23 gekoppelt, das in der vorliegenden Ausführungsform als Elastomerkörper 30 ausgeführt ist. Dieser Elastomerkörper 30 ist zwischen einer Platte 28, die fest mit dem Walzenstuhl verbunden ist, und einem Eindringkörper 32 geklemmt. Der Eindringkörper 32 weist eine gekrümmte Fläche aus und ist bevorzugt konisch ausgeführt. Seine Eindringtiefe in das Volumen des Elastomerkörpers 30 kann über das Voreinstellelement 34 eingestellt werden. Das Voreinstellelement 34 bestimmt gleichzeitig den Walzenspalt im Ausgangszustand. Damit lässt sich gleichzeitig die Vorspannung des Elastomerkörpers regeln. Als Elastomerkörper kommen alle Körper mit einer nicht-linearen Rückstellkraft in Betracht, wie sie im Zusammenhang mit Figur 3 näher erläutert ist. Die Einstellung der Rückstellkraft wird dabei auch von der Art der Konizität des konischen Eindringkörpers 32 beeinflusst. Mit steigender Eindringtiefe nimmt darüber hinaus die ohnehin im Elastomerkörper vorhandene nicht-lineare Federkennlinie zu. Dies bewirkt unmittelbar, dass die Falzwalzenvorspannung bei dickerer Unterlegung des Voreinstellelements 34 erheblich stärker ansteigt als bei dünner Unterlegung.

[0014] In Figur 3 ist jeweils anhand von zufälligen Einheiten für die Kraft und für die Auslenkung die Wirkungsweise des Belastungselementes 23 für die Verwendung einer Feder mit Kurve 36 und für die Verwendung eines Belastungselementes 23 mit einer nicht-linearen Ausdehnungs-Kraft-Kennlinie anhand der Kurve 38 qualitativ gezeigt. Da die beiden in Figur 1 und 2 beschriebenen Belastungselemente 23 jeweils eine nicht-lineare Ausdehnungs-Kraft-Kennlinie aufweisen, hat der Einsatz dieser beiden Elemente eine wesentliche Auswirkung auf die Voreinstellung, die mit Hilfe des Voreinstellelements 34 erfolgt. Die Falzbelastungskraft, die jetzt durch Einschieben von Musterpapieren in dem Voreinstellelement grundsätzlich eingestellt wird, bewirkt im Zusammenwirken mit dem nicht-linearen Belastungselement 23, dass die Falzwalzenvorspannung jeweils bei dickerer Unterlegung des Voreinstellelements erheblich stärker ansteigt als bei dünnerer Unterlegung, während bei Stahlfedern die Falzwalzenvorspannung wegen der geringeren Auslenkung nur sehr gering ansteigt. Diese Verhältnisse sind jeweils qualitativ durch die Kurven 36 für die aus dem Stand der Technik bekannten Federn und die erfindungsgemäßen nicht-linearen Belastungselemente 38 wiedergegeben. Besonders vorteilhaft ist dies bei schweren Bögen, bei denen die Federkraft oft kaum ausreicht, um einen sicheren Halt zwischen den Falzwalzen zu gewährleisten. Bei leichten Papieren hingegen werden die Falzwalzen nur wenig ausgelenkt, sodass mit sehr geringer Kraft gefalzt werden kann. Damit wird, ohne dass ein zusätzlicher Einstellvorgang erforderlich ist, die statische Aufladung automatisch reduziert. Die grundsätzliche Vorspannung lässt sich bei den erfindungsgemäßen Elementen einfach einstellen, wobei beim Druckluft beaufschlagten System lediglich der Luftdruck entsprechend den Erfordernissen angepasst werden muss. Beim Einsatz eines Elastomerkörpers, der beispielsweise aus Naturkautschuk, Styrolbutadienkautschuk oder als anderer reversibel verformbarer Gummi ausgeführt sein kann, kann die Vorspannung zum einen durch die Stärke des Eindringens des Eindringkörpers 32 oder durch dessen Form beeinflusst werden.

[0015] Darüber hinaus haben die erfindungsgemäßen Belastungselemente den Vorteil, dass eventuell bei Falzwalzen auftretende Toleranzen individuell durch die Vorspannung des Belastungselementes ausgeglichen werden können. Eine derartige Maßnahme kann insbesondere in die Falzwalzenvoreinstellung mit einbezogen werden, wobei beispielsweise über elektromotorische Druckminderventile die Falzwalzenbelastung in die automatische Voreinstellung einbezogen werden kann.

[0016] Die Belastungselemente können auf beiden Seiten des Falzwerkes vorgesehen werden, das heißt also auf der Antriebs- und Bedienerseite. Da dann auf beiden Seiten die Elemente individuell in ihrer Rückstellkraft einstellbar sind, können auch Kräfte, die aus dem Antrieb resultieren, kompensiert werden, sodass die Falzwalzen auf beiden Seiten gleichmäßig belastet werden.

[0017] Neben der Verwendung der einstellbaren Belastungselemente mit einer nicht-linearen Ausdehnungs-Kraft-Kennlinie an Falzwalzen können diese Elemente auch an anderen Bearbeitungselementen des Falzwerkes 10 verwendet werden. Insbesondere lassen sich beim Einsatz der erfindungsgemäßen Belastungselemente an einer Messerwelle die Schnittkräfte einstellbar ausführen.

Bezugszeichenliste

[0018] 

10

Falzwerk

12

Falzwalze

14

Falzwalze

15

Drehpunkt

16

Arm

18

Falzwalze

20

Arm

22

Feder

23

nicht-lineares Belastungselement

24

pneumatisches Expansionselement

26

Druckleitung

28

Platte

30

Elastomerkörper

32

Eindringkörper

34

Voreinstellelement

36

Federkennlinie

38

nicht-lineare Kennlinie

P

Bewegungsrichtung

Ansprüche

1. Falzwerk (10) mit einer Mehrzahl von Falzwalzen (12, 14, 18), die an ihren Enden gelagert und belastet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Belastung an wenigstens einer der Falzwalzen (12) ein Belastungselement (23) mit einer nicht-linearen Ausdehnungs-Kraft-Kennlinie (38) vorgesehen ist.

2. Falzwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Belastungselement (23) ein Elastomerkörper (30), der von einem Eindringkörper (32) mit gekrümmter Fläche, insbesondere einem konischen Eindringkörper, geklemmt wird, vorgesehen ist.

3. Falzwerk nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Elastomerkörper (30) ein Naturkautschuk, ein Styrolbutadienkautschuk oder ein anderer reversibel verformbarer Gummi ist.

4. Falzwerk nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Elastomerkörper (30) an einer seiner Seiten von einer flachen Platte (28) und an der dieser Seite gegenüber liegenden Seite von einem konischen Eindringkörper (32) abgestützt ist, wobei der konische Eindringkörper (32) in das Volumen des unbelasteten Elastomerkörpers (30) eindringt.

5. Falzwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Belastungselement (23) ein pneumatisches Expansionselement (24) vorgesehen ist.

6. Falzwerk nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das pneumatische Expansionselement (24) eine pneumatische Ringmembran oder einen Balgzylinder aufweist.

7. Falzwerk nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das pneumatische Expansionselement (24) mit einer Druckleitung (26) versehen ist, sodass das pneumatische Expansionselement (24) mit Druck, insbesondere Druckluft, versorgt werden kann.

8. Falzwerk nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Druck in dem pneumatischen Expansionselement (24) über ein Bedienpult einstellbar ist.

9. Falzmaschine mit wenigstens einem Falzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

Zeichnung