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Die
Erfindung betrifft eine Faltvorrichtung zur Erzeugung von Stehfaltenpaketen
mit Stehfalten unterschiedlicher Faltenhöhe aus einer in einer Faltrichtung
zugeführten
Materialbahn, mit einer Falteinrichtung, einem sich von der Falteinrichtung
in Faltrichtung weg erstreckenden Faltkanal und wenigstens einer
Druckeinrichtung, durch die im Betrieb ein Druck auf Faltenkanten
des sich im Faltkanal befindlichen Stehfaltenpaketes aufbringbar
ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
eines Stehfaltenpaketes mit Stehfalten unterschiedlicher Faltenhöhe, bei
dem eine Druckeinrichtung Druck auf das Stehfaltenpaket ausübt.
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Im
Gegensatz zu liegenden Falten, wie sie von beispielsweise aus der
DE 31 51 237 A1 ,
der
DE 31 51 238 A1 und
der
DE 31 51 239 A1 bekannten Plissiermaschinen
hergestellt werden, stehen Stehfalten von der Seite betrachtet auf
ihren Falzkanten aufrecht akkordeonfaltenartig nebeneinander.
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Stehfalten
können
in einem bekannten Verfahren durch Prägen einer Materialbahn auf
Walzen hergestellt werden, wie dies in der
DE 23 52 547 A1 oder der
US 6,290,635 B1 beschrieben
ist.
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Bekannt
sind außerdem
Messerfaltmaschinen, bei denen ein Paar von beidseitig her zu faltenden
Materialbahnen angeordnete Faltmesser die Stehfalten formen. Messerfaltmaschinen
können
einen elektromotorischen Antrieb aufweisen, bei dem die Faltbewegung
der Faltmesser über
Kurvenscheiben miteinander gekoppelt ist, wie beispielsweise in der
DE 94 12 210 U1 und
der
DE 197 46 734
A1 gezeigt. Auch ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb
der Faltmesser ist möglich,
wie dies in der
DE 39
16 156 A1 beschrieben ist.
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Stehfalten
können
von einer Messerfaltmaschine in unterschiedlicher Höhe gefertigt
werden. Bei der Messerfaltmaschine der
GB 494,414 A wird die Abfolge der Stehfaltenhöhe durch
den axialen Verlauf der Mantelfläche
von zwei die Faltmesser antreibenden Antriebsnocken bestimmt. Um
die Abfolge von Stehfalten unterschiedlicher Höhe zu verändern, müssen bei dieser Messfaltmaschine
die Antriebsnocken ausgetauscht werden.
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Die
Messerfaltmaschine der
DE
94 12 210 U1 ermöglich
eine elektromotorische, symmetrische Verschiebung der Faltmesser
quer zur Materialbahn. Auf diese Weise lassen sich symmetrische
Stehfalten unterschiedlicher Höhe
herstellen, ohne dass zur Änderung
der Stehfaltenhöhe
die Maschine umgerüstet werden
muss.
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In
der
DE 195 38 519
A1 sind Faltmesser beschrieben, deren Hub- und Kippbewegungen
durch unabhängig
voneinander steuerbare Servomotoren erzeugt werden. Auf diese Weise
ist es möglich,
die Faltmesser für
jede einzelne Stehfalte eines aus mehreren Stehfalten bestehenden
Stehfaltenpakets unterschiedliche Bewegungen ausführen zu
lassen. Eine derartige Vorrichtung ermöglich die Herstellung von Stehfaltenpaketen
mit mehreren unterschiedlichen Faltenhöhen, wie in der
DE 600 21 055 T2 gezeigt.
Insbesondere Filterelemente, die wie in der
DE 600 21 055 T2 beschrieben
gefaltet sind, weisen Vorteile auf, wie einen vergrößerten,
für die
Filtration nutzbaren Oberflächenbereich
und eine größere Filterdichte.
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Um
die Stehfalten nach dem Faltvorgang aufzustellen, muss ein gegen
die Faltrichtung gerichteter Gegendruck auf das die Falteinrichtung
verlassende Stehfaltenpaket aufgebracht werden. Die
DE 197 46 734 A1 sowie
die
DE 10 2004
025 501 A1 beschreiben Gegendruckeinrichtungen mit einem
Anschlag, der in den Faltkanal der Faltvorrichtung eingebracht ist,
um einen Gegendruck in horizontaler Richtung zu erzeugen. Die Gegendruckeinrichtungen dieser
beiden Patentveröffentlichungen
werden zu Beginn des Faltvorgangs verwendet, wenn die Reibung der
Faltenkanten der Stehfalten an der Ober- und Unterseite des Faltkanals
noch nicht ausreicht, um einen gegen den Vorschub des Stehfaltenpakets arbeitenden,
konstanten Gegendruck zu erzeugen, der die Stehfalten aufrichtet.
Mit zunehmender Länge des
Stehfaltenpaketes vergrößert sich
die zu überwindende
Reibung der Faltenkanten an den Begrenzungen des Faltkanals, so
dass ab einer bestimmten Länge
des Stehfaltenpaketes kein Anschlag mehr im Faltkanal benötigt wird.
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Eine
Gegendruckeinrichtung kann auch von einer verschiebbaren seitlichen
Begrenzung des Faltkanals gebildet sein, die quer zur Faltrichtung verstellbar
gestaltet ist. Eine Gegendruckeinrichtung, die eine höhere Begrenzung
des Faltkanals umfasst, deren Position in vertikaler Richtung verstellt
werden kann, ist in der
DE
94 12 210 U1 , der
DE
195 38 519 A1 und der
DE 197 46 734 A1 beschrieben. Der Gegendruck
kann, insbesondere nach Beginn des Faltvorgangs, über den
Druck auf die Faltenkanten des Stehfaltenpaketes eingestellt werden,
so dass er während
des Faltvorgangs konstant bleibt.
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Die
DE 10 2006 054 100
A1 offenbart eine Falteinrichtung mit einem Faltkanal,
der durch eine quer zu einer Faltrichtung verschiebbare Führungseinrichtung
und ein in Faltrichtung verschiebbares Gegendruckorgan begrenzt
ist. Der durch die aus ein- oder mehrteiligen plattenförmigen Elementen gebildete
Führungseinrichtung
und das Gegendruckorgan erzeugte Gegendruck kann abhängig von
geometrischen Parametern des Stehfaltenpaketes variiert werden.
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Ein
Nachteil bekannter Faltvorrichtungen ist, dass ein Stehfaltenpaket
mit Stehfalten unterschiedlicher Höhe nur unzureichend im Faltkanal
geführt
ist. Ein Stehfaltenpaket muss eine bestimmte Anzahl von benachbarten
Stehfalten gleicher Höhe
aufweisen, um eine verlässliche
Führung
des Stehfaltenpakets über
die an den Begrenzungen des Faltkanals anliegenden Faltenkanten
zu gewährleisten.
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Folglich
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Führung von Stehfaltenpaketen
mit Stehfalten unterschiedlicher Höhe zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Faltvorrichtung
der eingangs genannten Art gelöst,
indem die Druckeinrichtung an eine von Stehfalten unterschiedlicher
Faltenhöhe
definierte Neigung des Stehfaltenpaketes während des Faltvorganges anpassbar
ausgestaltet ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Faltvorrichtung ist
es möglich,
Faltenkanten unterschiedlicher Höhe eines
Stehfaltenpakets gleichzeitig mit Druck zu beaufschlagen. Insbesondere
wenn sich die Höhe
der Stehfalten eines Stehfaltenpakets in einer Faltrichtung kontinuierlich ändert oder
ein Stehfaltenpaket nur wenige Stehfalten gleicher Höhe aufweist,
kann auf diese Weise die Führung
eines Stehfaltenpakets im Faltkanal deutlich verbessert und damit
Formabweichungen des Stehfaltenpakets verringert werden. Außerdem bietet
eine erfindungsgemäße Faltvorrichtung
die Möglichkeit
einer Erhöhung
des der Faltrichtung entgegenwirkenden Gegendrucks, der durch die Reibung
zwischen den Faltenkanten eines Stehfaltenpakets und der Druckfläche der
Druckeinrichtung entsteht.
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Um
neben der Führung
von Stehfaltenpaketen im Faltkanal, deren Profil eine stetige, lineare Steigung
oder Neigung aufweist, auch die Führung von Stehfaltenprofilen
mit einem veränderlichen
oder kurvenförmigen
Profil zu verbessern, kann die Druckeinrichtung während des
Faltvorgangs an wenigstens eine veränderliche Neigung des Stehfaltenprofils
anpassbar ausgestaltet werden.
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Um
auch die Führung
von Stehfaltenpaketen, deren Stehfaltenprofil eine veränderliche
Steigung oder Neigung aufweist, zu verbessern, kann die Druckeinrichtung
der erfindungsge mäßen Faltvorrichtung
während
des Faltvorgangs an wenigstens eine veränderliche Neigung oder Steigung
des Stehfaltenprofils anpassbar ausgestaltet sein.
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Die
erfindungsgemäße Faltvorrichtung
ermöglicht
die Fertigung von Stehfaltenpaketen mit kontinuierlich zu- oder
abnehmender Höhe
der Stehfalten. Wird während
des Faltvorgangs das obere Faltmesser aus der zuletzt gebildeten
Falte herausgezogen, kann durch Reibung das Faltenpaket an einem
Faltmesser anhaften und mit dem Faltmesser mitgenommen werden, so
dass das Faltenpaket bei der Bildung der nächsten Falte nicht mehr auf
der Auflage aufliegt und die nachfolgenden Falten des Stehfaltenpakets
nicht mehr dem angestrebten Stehfaltenprofil entsprechen. Insbesondere
in dem Bereich der Falteinrichtung, die beispielsweise mit Faltmessern
ausgeführt
sein kann, und bei der Herstellung von Falten mit kleineren Faltenhöhen besteht bei
aus dem Stand der Technik bekannten Faltvorrichtung die Gefahr,
dass sich das Stehfaltenpaket von seiner Auflage abhebt. Um ein
Abheben des Stehfaltenpakets im Bereich der Falteinrichtung zu verhindern,
kann daher in einer erfindungsgemäßen Faltvorrichtung vorgesehen
sein, dass die Druckeinrichtung einen unmittelbar hinter der Falteinrichtung angeordneten
Druckabschnitt umfasst.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Faltvorrichtung kann die
Druckeinrichtung wenigstens einen Druckabschnitt umfassen, der in
eine quer zur Faltrichtung verlaufende Höhenrichtung verschiebbar ausgestaltet
ist. Ein derartiger Druckabschnitt ermöglicht die Herstellung auch
sehr stark unterschiedlicher Faltenhöhen, indem der Druckabschnitt
zum Aufbringen des für
den Faltvorgang notwendigen Druckes in den Faltkanal hin- ein- oder aus dem
Faltkanal herausbewegt wird. Der Druckabschnitt kann in Abhängigkeit
von wenigstens einem geometrischen Parameter des Stehfaltenpakets
verschiebbar ausgestaltet sein. Der geometrische Parameter kann
beispielsweise die Höhe
der Stehfalten oder die Steigung oder Neigung eines von benachbarten
Stehfalten eines Stehfaltenpaketes gebildeten Stehfaltenprofils
sein.
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Um
auch bei größeren Steigungen
oder Krümmungen
des Stehfaltenprofils möglichst
viele Stehfaltenkanten mit der Druckeinrichtung zu erreichen, kann
der wenigstens eine Druckabschnitt in Abhängigkeit von wenigstens einem
geometrischen Parameter des Stehfaltenpakets um wenigstens eine quer
zur Faltrichtung verlaufende Gelenkachse schwenkbar ausgestaltet
sein. Der Druckabschnitt kann abhängig von der Steigung oder
Neigung des unter dem jeweiligen Abschnitt angeordneten Stehfaltenprofils
kraft- oder weggesteuert geschwenkt oder gedreht werden. Um die
Druckeinrichtung möglichst
einfach auszuführen, kann
die Schwenkbewegung des Druckabschnitts durch die von den Stehfaltenkanten
auf den Druckabschnitt übertragenden Kräfte ausgelöst oder
ausgeübt
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Faltvorrichtung
einen unmittelbar hinter der Falteinrichtung angeordneten Druckabschnitt
umfassen. Dieser Druckabschnitt kann ein Niederhalteorgan bilden,
um ein Aufwölben
des Stehfaltenpakets unmittelbar hinter der Faltvorrichtung zu verhindern. Ist
die Falteinrichtung beispielsweise als Messerfalteinrichtung ausgeführt, kann
ein derartiges Niederhalteorgan der Reibung zwischen der Materialbahn und
dem Faltmesser entgegenwirken, um zu verhindern, dass die Falten,
die an ein Faltmesser angrenzen, von diesem mitgenommen werden.
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Um
eine gleichmäßige Verteilung
von durch die Druckeinrichtung auf die Faltenkanten ausgeübten Druckkräften zu
erreichen, kann der Druckabschnitt eine im Betrieb auf die Faltenkanten
einwirkende Druckfläche
aufweisen. Diese Druckfläche kann
für gerade
Abschnitte des Stehfaltenprofils wenigstens abschnittsweise eben
gestaltet sein. Alternativ kann die Druckfläche konvex oder konkav gestaltete
Rundungen aufweisen, um auf entsprechende Abschnitte des Stehfaltenprofils
einwirken zu können.
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Um
Faltenkanten von in Faltrichtung hintereinander angeordneten Abschnitten
des Stehfaltenprofils mit unterschiedlichen Steigungen, Neigungen oder
Krümmungen
mit Druck beaufschlagen zu können,
kann die Druckeinrichtung wenigstens zwei in Faltrichtung hintereinander
angeordnete Druckabschnitte aufweisen. Diese Druckabschnitte können unabhängig voneinander
verschiebbar und/oder schwenkbar ausgestaltet sein
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Faltvorrichtung eine
Heizeinrichtung umfassen, durch die ein von Faltenkanten des Stehfaltenpakets
beabstandeter Rahmen beheizbar ist. Die Heizeinrichtung kann dazu
dienen, die Falten eines im Faltkanal befindlichen Stehfaltenpakets
zu beheizen, um das Stehfaltenpaket oder das Profil des Stehfaltenpakets
zu fixieren. Die Druckeinrichtung kann an diesem Rahmen angeordnet
sein, um die Stehfalten unmittelbar nach dem Auffalten zu fixieren.
Ein beheizbarer Rahmen im Bereich der Druckeinrichtung kann den
Aufbau der Faltvorrichtung vereinfachen, da die Heizelemente nicht
in dem beweglichen Aufbau einer anpassbar ausgestalteten Druckfläche angeordnet
sein müssen.
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Für das eingangs
genannte Verfahren wird die Aufgabe gelöst, indem auf Faltenkanten
von Stehfalten unterschiedlicher Faltenhöhe gleichzeitig Druck ausgeübt wird.
Dieses erfin dungsgemäße Verfahren
verbessert die Führung
von Stehfaltenpaketen, da mehr Stehfalten gleichzeitig durch die
Druckeinrichtung mit Druck beaufschlagt werden können. Die Erzeugung eines ausreichenden
Gegendruckes zum Aufstellen und/oder komprimieren der Stehfalten
wird auf diese Weise erleichtert.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens
können die
Stehfalten durch Faltmesser erzeugt und der Kippwinkel der Faltmesser
in Abhängigkeit
von der Faltenhöhe
automatisch durch eine Steuereinheit variiert werden. Da sich bei
der Erzeugung von Stehfaltenpaketen mit kontinuierlich größer oder
kleiner werdenden Faltenhöhen
die Faltenhöhe über einen
weiten Bereich ändern
kann, ist es für
einen stabilen Faltprozess sinnvoll, die Steuerparameter der Falteinrichtung
während
des Faltvorgangs automatisch anzupassen. Ist die Falteinrichtung
eine Messerfaltmaschine, wird für
die Herstellung einer kleinen Falte ein kleinerer Kippwinkel eines
Faltmessers und für eine
größere Falte
ein entsprechend größerer Kippwinkel
benötigt.
Damit ist bei der Herstellung einer kleineren Falte der zurückzulegende
Weg des Faltmessers kürzer.
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Die
Faltvorrichtung kann einen in Faltrichtung vor den Faltmessern angeordneten
Einlauftisch aufweisen, auf dem das Bahnmaterial der Falteinrichtung
zugeführt
wird. Der Einlauftisch kann in Höhenrichtung
der Falten verfahrbar angetrieben sein. Insbesondere kann die Höhenposition
des Einlauftisches automatisch an die Faltenhöhe anpassbar sein, damit das
ungefaltete Material immer in der Mitte der gerade hergestellten
Falte zugeführt
wird. Dies hat den Vorteil, dass sowohl das Obermesser als auch
das Untermesser das Material in gleicher Weise bzw. in gleicher
Höhe zugeführt bekommen.
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Um
eine gleichmäßige Faltgeschwindigkeit über alle
Faltenhöhen
eines Stehfaltenpakets zu erzielen, kann die Geschwindigkeit der
Faltbewegung der Faltmesser in Abhängigkeit der Faltenhöhe automatisch
durch eine Steuereinheit vergrößert oder verkleinert
werden. Auch der Abstand zwischen den Faltmessern beim Falten kann über eine
Steuereinheit automatisch an die Geometrie des herzustellenden Stehfaltenpakets
oder die Materialstärke
oder Materialdicke einer ein- oder mehrlagigen Materialbahn angepasst
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann die Position von wenigstens zwei Druckabschnitten der Druckeinrichtung
in Abhängigkeit
von wenigstens einem geometrischen Parameter eines durch wenigstens zwei
Faltenkanten in einer im Wesentlichen quer zur Faltrichtung verlaufenden
Projektionsrichtung gebildeten Stehfaltenprofils variiert werden.
Abschnitte des Stehfaltenprofils mit unterschiedlicher Höhe oder unterschiedlicher
Neigung können
auf diese Weise gleichzeitig durch die Druckeinrichtung geführt und/oder
mit einem der Faltrichtung entgegenwirkenden Gegendruck beaufschlagt
werden. Der Gegendruck kann bei einer Neigung des Stehfaltenprofils
in Faltrichtung wenigstens teilweise direkt, d. h. in Form einer
Komponente eines auf die Faltenkanten wirkenden Druckes, aufgebracht
werden. Des Weiteren kann der Gegendruck wenigstens teilweise indirekt, d.
h. über
die zwischen den Faltenkanten und der Druckeinrichtung entstehende
Reibkraft, auf die Faltenkanten übertragen
werden.
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Um
auch bei veränderlichen
Steigungen oder Neigungen des Stehfaltenprofils einen für einen Gegendruck
oder die Führung
des Stehfaltenpakets ausreichenden Druck auf die Faltenkanten des
Stehfaltenpakets zu übertragen,
kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorgesehen sein, dass wenigstens ein Druckabschnitt der Druckeinrichtung
automatisch an den Neigungsverlauf oder den Verlauf der Steigung
des Stehfaltenprofils angepasst wird.
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Zur
Anpassung des Druckabschnittes an den Neigungsverlauf oder den Verlauf
der Steigung des Stehfaltenprofils kann eine Druckfläche verwendet werden.
Die Druckfläche
kann beispielsweise auf den Faltenkanten des Stehfaltenpaktes aufliegen und
durch die Bewegung der Faltenkanten in Faltrichtung automatisch
in eine Höhenrichtung
verschoben oder um eine quer zur Faltrichtung verlaufende Gelenkachse
geschwenkt werden.
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Die
Position eines Druckabschnitts, der Druck auf die Faltenkanten eines
im Faltkanal befindlichen Stehfaltenpakets ausübt, kann während des Faltvorgangs automatisch
an den Höhenverlauf
des Stehfaltenpaketes angepasst werden, um eine permanente Kraftübertragung
zwischen dem Druckabschnitt und dem darunterliegenden Abschnitt
des Stehfaltenpakets zu gewährleisten.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Position des Druckabschnitts in Abhängigkeit von der Steigung des
Stehfaltenprofils in Faltrichtung variiert werden, um den Druckabschnitt
in Bereichen des Stehfaltenprofils anzuordnen, deren Steigung oder
Profil der Steigung oder dem Profil des jeweiligen Druckabschnitts
entspricht.
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Um
zwei oder mehr unterschiedlich hohe Abschnitte eines Stehfaltenprofils
mit der Druckeinrichtung mit Druck beaufschlagen zu können, können in einer
Weiterbildung des Verfahrens wenigstens zwei Druckabschnitte den
unterschiedlichen Faltenhöhen der
Stehfalten folgen und dabei einen auf die Falteinrichtung rückwirkenden
Gegendruck erzeugen. Unter schiedlich hohe Abschnitte des Stehfaltenprofils im
Bereich der Falteinrichtung können
durch einen Druckabschnitt mit Druck beaufschlagt werden, welcher
der Faltenhöhe
der gerade erzeugten Stehfalten folgend die Stehfalten unmittelbar
hinter der Falteinrichtung niederhält.
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Um
unabhängig
von der Höhenänderung des
Stehfaltenprofils einen konstanten oder stabilen Gegendruck über die
Druckabschnitte auf das Stehfaltenpaket auszuüben, kann über die wenigstens zwei Druckabschnitte
jeweils ein vorbestimmter, konstanter Druck auf jeweils wenigstens
eine Faltenkante des Stehfaltenpakets ausgeübt werden. Der Druck zwischen
den Faltenkanten eines Stehfaltenpakets und den Druckabschnitten
kann beispielsweise über Drucksensoren
gemessen werden, welche über
eine Signalstrecke mit einer Steuereinheit verbunden sind. Abhängig von
dem gemessenen Druck können die
Druckabschnitte in Richtung der Stehfaltenkanten oder von den Stehfaltenkanten
wegbewegt werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens können die
von wenigstens zwei Druckabschnitten jeweils auf die Faltenkanten ausgeübten Druckkräfte in Abhängigkeit
von wenigstens einem geometrischen Parameter des Stehfaltenprofils
variiert werden. Um beispielsweise einer Veränderung des Gegendruckes aufgrund
einer Veränderung
der Neigung des Stehfaltenprofils entgegenzuwirken, kann beispielsweise
der Druck bei in Faltrichtung geneigten Abschnitten des Stehfaltenprofils
verringert werden. In Abschnitten des Stehfaltenprofils, in welchen
sich das Stehfaltenprofil in Faltrichtung erhöht, kann der durch den Druckabschnitt auf
das Stehfaltenprofil aufgebrachte Druck erhöht werden, um der Verringerung
des unter dem Druckabschnitt befindlichen Abschnitts des Stehfaltenprofils
während
der Förderung
des Stehfaltenprofils in Faltrichtung entgegenzuwirken.
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Im
Folgenden wir die Erfindung anhand unterschiedlicher Ausführungsformen
mit Bezug auf die Figuren beispielhaft erläutert. Dabei stellen die beschriebenen
Ausführungsformen
lediglich mögliche Ausgestaltungen
dar, die für
den jeweiligen Anwendungsfall modifiziert werden können. Einzelne,
für sich
vorteilhafte Merkmale können
gemäß der obigen Beschreibung
der vorteilhaften Ausgestaltungen bei der jeweils beschriebenen
Ausführungsform
hinzugefügt
oder weggelassen werden.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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3 eine
schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stehfaltenpaketes;
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4 eine
schematische Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stehfaltenpaketes;
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5 eine
schematische Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stehfaltenpaketes.
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Zunächst wird
der Aufbau einer erfindungsgemäßen Faltvorrichtung
mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel
der 1 beschrieben.
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Die
Faltvorrichtung 1 umfasst zwei Faltmesser 2 und 3,
die an Messerbalken 4 und 5 befestigt sind. Die
Messerbalken 4, 5 können sowohl Hubbewegungen in
einer Hubrichtung 6, 7 als auch Kippbewegungen
in Richtung einer Kipprichtung 8, 9 ausführen, um
eine Materialbahn 10 zu falten. Die Hubbewegungen werden über nicht
dargestellte Servomotoren erzeugt, deren reversierende Drehbewegungen über Wellen,
beispielsweise durch eine Anordnung mit Pleuel und Hebel, in lineare
Hubbewegungen umgewandelt werden. Auch die Kippbewegungen der Messerbalken 4, 5 werden über nicht
dargestellte Servomotoren durch reversierende Drehbewegungen erzeugt.
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Ein
Materialeinlauftisch 11 ist mit einem Spindelantrieb 12 verbunden,
der eine Höhenverstellung
des Materialeinlauftisches 11 in einer Höhenrichtung
H ermöglicht.
Der Materialeinlauftisch 11 erlaubt aufgrund seiner Höhenverstellbarkeit
eine optimale Einführung
der zu faltenden Materialbahn 10 zwischen die Faltmesser 2, 3.
In die Materialbahn 10, die ein- oder mehrlagig sein kann, formen die
Faltmesser 2, 3 Stehfalten 13. Eine endliche
Abfolge von Stehfalten 13 wird im Folgenden als Stehfaltenpaket 14 bezeichnet.
Das Stehfaltenpaket 14 weist in der in 1 gezeigten
Projektionsrichtung, die quer zur Faltrichtung F verläuft, ein
Profil 15 auf, das in einer Höhenrichtung H kurvenförmig verläuft. Das
Stehfaltenprofil ist nach oben hin durch einen Höhenverlauf 15d begrenzt,
dessen Abstand zur Auflage 18 sich zwischen einer minimalen
Höhe h1
und einer maximalen Höhe
h2 des Stehfaltenpaketes 14 bewegt.
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Hinter
der Falteinrichtung 16, welche die Faltmesser 2, 3 sowie
die Messerbalken 4, 5 umfasst, schließt sich
in Faltrichtung F eine Druckeinrichtung 17 an, die in Höhenrichtung
H auf gegenüberliegenden
Seiten eines Faltkanals 17a angeordnet ist. Die Druckeinrichtung 17 umfasst
eine Auflage 18, welche den Faltkanal 17a in einer
Höhenrichtung H
nach unten begrenzt, ein als Niederhalteorgan 19 ausgestalteten
Druckabschnitt 19 und zwei Druckabschnitte 20, 21,
welche oberhalb des im Faltkanal 17a befindlichen Stehfaltenpaketes 14 angeordnet sind.
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Das
Niederhalteorgan 19 sowie die Druckabschnitte 20, 21 sind
jeweils durch Drehgelenke 19a, 20a, 21a mit
doppelt wirkenden Zylindern 22, 23, 24 verbunden.
Die doppelt wirkenden Zylinder 22, 23, 24 können beispielsweise
pneumatisch oder hydraulisch betrieben sein und übertragen Drücke D1,
D2 und D3 auf das Stehfaltenpaket 15. Der Innenraum der
Zylinder 22, 23, 24 ist jeweils durch
einen Kolben 22b, 23b, 24b in einen oberen
und einen unteren Druckraum unterteilt. Die oberen und die unteren Druckräume der
Zylinder 22, 23, 24 sind jeweils über Leitungen 25, 26 mit
einer Druckversorgungseinrichtung 27 verbunden, welche
die Leitungen mit einem Druck übertragenden
Fluid speist, welches eine Flüssigkeit
oder ein Gas sein kann. Die Druckversorgung der Zylinder 22, 23, 24 ist über nicht
gezeigte Ventile der Druckversorgungseinrichtung 27 geregelt.
Die Druckabschnitte 19 bis 21 werden durch die
Faltenkanten 13a und/oder die Kolben 22b, 23b, 24b nach oben
gedrückt
und damit zwischen einer minimalen Höhe h1 und einer maximalen Höhe h2 des
Stehfaltenpaketes 14 bewegt.
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Zur
Steuerung der Druckversorgungseinrichtung 27 ist eine Steuereinrichtung 28,
beispielsweise in Form eines Computers oder eines anderen digitalen
oder analogen Steuerschaltkreises, vorgesehen, welche die Druckversorgungseinrichtung 27 über eine
oder mehrere ein- oder bidirektionale Signalstrecken 29,
beispielsweise Signalleitungen oder ein Bussystem, steuert. Die
einzelnen Zylinder 22, 23, 24 können dabei
unabhängig
voneinander angesteuert werden.
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Die
Steuereinheit 28 ist über
jeweils eine Signalstrecke 30a, 30b, 30c mit
den Zylindern 22, 23, 24 verbunden, über die
Signale von in den Zylindern 22, 23, 24 angebrachten
Sensoren zur Steuereinheit 28 übertragen werden. Die Zylinder 22, 23, 24 können beispielsweise
mit Drucksensoren versehen sein, die über die Messung des Druckes
im Zylinder 22, 23, 24 oberhalb und/oder
unterhalb eines Kolbens 22b, 23b, 24b eine
Ermittlung des auf das Stehfaltenpaket 14 ausgeübten Druckes
D1, D2, D3 ermöglicht.
Die über
die Druckabschnitte 20, 21 sowie das Niederhalteorgan 19 auf
das Stehfaltenpaket 14 ausgeübten Drücke D1, D2, D3 können über die Steuereinheit 28 unabhängig voneinander
reguliert werden, da sowohl die Messung als auch die Steuerung der
Druckkräfte
für jeden
Zylinder 22, 23, 24 unabhängig erfolgt.
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Die
Faltvorrichtung 1 umfasst einen Anschlag 31, über den
ein entgegen der Faltrichtung F wirkender Druck D4 auf das Ende
des Stehfaltenpaketes 14 ausgeübt wird. Der Anschlag 31 ist
beispielsweise über
einen elektromotorischen Antrieb 32, der einen Spindeltrieb 33 antreibt,
in oder entgegen der Faltrichtung F bewegbar.
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Die
Positionen der Druckabschnitte 20, 21, des Niederhalteorgans 19,
des Materialeinlauftisches 11 und/oder des Anschlages 31 werden
durch zugeordnete Positionsmessmittel, beispielsweise Drehgeber,
Weg- oder Lagemesssysteme, auf optischer, akustischer oder kapazitiver
Basis zur Messung von relativen oder absoluten Lagen verfasst. Die
von den Positionsmessmitteln ausgegebenen Signale werden von der
Steuereinrichtung 28 über
Signalstrecken 30a, 30b, 30c, 32, 34, 35 und
zur Steuerung der Antriebe 22, 23, 24, 32, 12 verwendet.
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Die
Auflage 18, die ein Druckorgan bildet, kann mit einer Heizvorrichtung,
beispielsweise in Form eines Heizdrahtes oder eines PTC-Elementes versehen
sein, durch welche die Auflage 18 zur Fixierung aufliegenden
Faltenkanten 13a der Stehfalten 13 dient. Ferner
können
die Druckabschnitte 19, 20, 21 an einem
Rahmen 36 befestigt sein, der zur Fixierung der Stehfalten 13 mit
einer Heizeinrichtung 36a versehen ist. Die von der in
dem Rahmen 36 integrierten Heizeinrichtung 36a erzeugte
Wärme kann beispielsweise
durch Konvektion auf die Stehfalten 13 übertragen werden. Alternativ
oder zusätzlich können die
Druckabschnitte 19, 20, 21 mit Heizeinrichtungen
versehen sein, welche die Heizwärme
unmittelbar auf die Faltenkanten 13a übertragen. Die Faltvorrichtung 1 kann
ein zusätzliches
Heizelement 37, beispielsweise in Form eines Heißluftföns oder
einer Infrarotlampe, aufweisen, welche die Stehfalten 13 durch
Erwärmen
fixiert.
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Die
durch die Falteinrichtung 16 erzeugten Stehfalten 13 werden
in den Faltkanal 17a zwischen die Auflage 18 und
die Druckabschnitte 19, 20, 21 gedrückt. Während des
Faltvorgangs erzeugt die Falteinrichtung 16 einen Faltdruck
T, da sie die Materialbahn 10 von dem Materialeinlauftisch 11 auf
der einen Seite zum Falten einzieht und in Faltrichtung F weiterfördert. Um
zumindest kurz nach Beginn des Faltvorgangs die Form der ersten
Stehfalten 13 bis zur Fixierung durch eine Heizvorrichtung
zu erhalten, kann der Anschlag 31 in Richtung der Falteinrichtung 16 verfahren
werden, um bereits kurz hinter der Falteinrichtung 16 einen
Gegendruck G auf das Stehfaltenpaket 14 auszuüben.
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Das
Niederhalteorgan 19 wird zu Beginn des Faltvorgangs entsprechend
einer vorbestimmten Höhe
in Höhenrichtung
H der ersten gefalteten Stehfalten 13 in eine vorbestimmte
Höhenposition
bewegt, um ein Abheben der ersten Stehfalten 13 von der
Auflage 18 zu verhindern. Entsprechend werden nach Beginn
des Faltvorgangs die Druckabschnitte 20, 21 zu
einer vorbestimmten Höhenposition
bewegt, die der Höhe
der ersten Stehfalten 13 entspricht.
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Sobald
das Stehfaltenpaket 14 unter den Druckabschnitten 19, 20, 21 hinwegbewegt
wird, kann der durch die Druckabschnitte 19, 20, 21 auf das
Stehfaltenpaket 13 ausgeübte Druck D1, D2, D3 über die
mit der Steuereinheit 28 verbundenen Messeinrichtungen
geregelt werden, so dass zwischen den Faltenkanten 13a und
der Auflage 18 und den Druckabschnitten 19, 20, 21 Reibkräfte entstehen, welche
die in Faltrichtung F geförderten
Stehfalten 13 aufstellen. Während des Faltvorgangs liegen
die Druckabschnitte 19, 20, 21 folglich
auf dem Stehfaltenpaket 14 auf, wobei sich die Neigung
der Druckabschnitte 19, 20, 21 dem Faltenprofil 15 anpasst,
so dass die Druckabschnitte 19, 20, 21 immer
flächenförmig auf
dem Stehfaltenprofil 15 aufliegen. Auch ohne den Anschlag 31 kann
durch die Reibung zwischen den Druckabschnitten 19, 20, 21,
der Auflage 18 und den Stehfalten 13 der für die Faltenbildung, Komprimierung
und Fixierung erforderliche Gegendruck erzeugt werden. Die Drücke D1,
D2 und D3 sind dabei entsprechend den Materialeigenschaften der
Materialbahn 10 und der gewünschten Komprimierung des Filterpaketes 14 regelbar.
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Entgegen
der von dem Anschlag 31 gebildeten horizontalen Druckeinrichtung
erzeugt die die Auflage 18 und die Druckabschnitte 19 bis 21 umfassende
vertikale Druckeinrichtung 17 nicht nur einen für die Faltenbildung
und Komprimierung erforderlichen Gegendruck, sondern verhindert
zudem ein Aufwölben
des Faltenpakets 14. Die Bewegung der Druckabschnitte 19 bis 21 bzw.
der Kolben 22b, 23b, 24b erfolgt vorzugsweise
kraftgesteuert, indem beispielsweise der Druck in den Zylindern 22, 23, 24 gemessen
und mit einem Sollwert ver glichen wird und Abweichungen zwischen
dem gemessenen Wert und dem Sollwert über die Steuereinrichtung 28 über die Druckversorgungseinrichtung 27 kompensiert
werden. Für
den Beginn des Faltvorgangs erfolgt die Positionierung der Druckabschnitte 19, 20, 21 hingegen vorzugsweise
weggesteuert, da das Faltenpaket 14 erst unter die Druckabschnitte 19 bis 21 gelangen muss,
um einen Gegendruck G1, G2, G3 auf die Druckabschnitte 19 bis 21 ausüben zu können.
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Abhängig von
der Länge
oder der Breite des Stehfaltenpaketes 14 und/oder der Form
und Abfolge der Stehfalten 13 ändert sich die insgesamt an
den Faltenkanten 13a der Stehfalten 13 entstehende
Reibungskraft. Eine Veränderung
der auf das Stehfaltenpaket 14 wirkenden Reibungskräfte und
infolgedessen eine Erhöhung
des Faltdruckes T kann zu unerwünschten
Formabweichungen der Stehfalten 13 innerhalb eines Stehfaltenpaketes 14 führen. Aus
diesem Grund wird der über
die Druckabschnitte 19 bis 21 auf das Stehfaltenpaket 14 aufgebrachte
Druck D1, D2, D3 während
des Faltvorgangs durch die Steuereinrichtung 28 variiert,
die hierzu mit einem Gegendrucksteuerungsmodul versehen ist. Der
Gegendruck wird abhängig
von der Länge
des Stehfaltenpaketes 13 sowie von dem Verlauf des Profils 15 variiert.
Vorzugsweise wird der Druck D1, D2, D3 an den Druckabschnitten 19, 20, 21 mit
zunehmender Länge
des Stehfaltenpaketes 14 verringert, da mit steigender
Länge des
Stehfaltenpaketes die Reibung zwischen Stehfaltenpaket 14,
Auflage 18 und Druckabschnitten 19 bis 21 zunimmt.
Zudem kann der Druck D1, D2, D3 bei einer negativen Steigung des
Stehfaltenprofils 15 in Faltrichtung verringert werden,
um einer Erhöhung
des durch die Druckabschnitte 19 bis 21 erzeugten
Gegendruckes durch das bei einer negativen Steigung des Stehfaltenprofils 15 im
Wesentlichen keilförmige
Stehfaltenpaket 14 zu vermeiden.
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Die
Steuereinheit 28 kann Steuerkriterien 38, wie
Kennkurven, Berechnungsformeln oder Look-up-Tabellen, umfassen,
durch welche wenigstens einem geometrischen Parameter des Stehfaltenpakets 14 die
Position der Druckabschnitte 19 bis 21 sowie der
durch die Druckabschnitte 19 bis 21 auf das Stehfaltenpaket 14 aufgebrachte
Druck D1, D2, D3 zugeordnet werden kann. Die Position und der durch
die Druckabschnitte 19 bis 21 aufgebrachte Druck
kann abhängig
von den Steuerkriterien durch die Druckversorgungseinrichtung 27 eingestellt
werden. Über
Steuerkriterien 38 können
zudem entsprechend dem herzustellenden Stehfaltenprofil 15 der Kippwinkel
der Faltmesser 2, 3 in Kipprichtung 8, 9, die
Länge der
Hubbewegung der Messerbalken 4, 5 in Hubrichtung 6, 7 und/oder
die Geschwindigkeit der Hub- und/oder Kippbewegung der Faltmesser 2, 3 gesteuert
werden. Für
unterschiedliche Profile 15 der Stehfaltenpakete 14 können unterschiedliche
Steuerkriterien 38 abgelegt sein, durch welche die Bewegung
des Materialeinlauftisches 11, der Faltmesser 2, 3,
der Druckabschnitte 19 bis 21 sowie des Anschlages 31 hinsichtlich
des herzustellenden Stehfaltenprofils 15 optimiert werden.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Faltvorrichtung 1,
wobei für
Elemente, die in Funktion und Aufbau den Elementen des Ausführungsbeispiels
der 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet
werden. Der Kürze
halber wird auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen.
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Die
in 2 gezeigte erfindungsgemäße Faltvorrichtung ist mit
einem weiteren Druckabschnitt 39 versehen, welcher zwischen
den Druckabschnitten 20 und 21 angeordnet ist
und die insgesamt durch die Druckabschnitte 19 bis 21 und 39 gebildete Fläche vergrößert, so
dass die Führung
des Stehfaltenpakets in dem Faltkanal 17a verbessert ist
und über
die Druckeinrichtung 17 insgesamt größere Kräfte auf das Stehfaltenpaket 14 ausgeübt werden können. Jeder
der Druckabschnitte 19 bis 20 und 39 ist
mit einer Druckfläche 19b, 20b, 21b und 39b versehen.
Damit können
die einen Gegendruck G erzeugenden Reibkräfte zwischen Druckabschnitten 19 bis 21 und 39 und
den Stehfaltenkanten 13a vergrößert werden.
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Die
Druckabschnitte 19 bis 21 und 39 sind mit
in Höhenrichtung
H verschiebbaren Kolben 40 bis 43 verbunden. Die
Druckflächen 19b, 20b, 21b und 39b der
Druckabschnitte 19 bis 21 und 39 können damit
zur Anpassung der Druckeinrichtung 17 an den Verlauf der
Neigung N dienen. Die Kolben 40 bis 43 sind in
Zylindern 44 bis 47 verschiebbar gelagert, die in
einem gemeinsamen Rahmen 48 angeordnet sind. Durch die
verschiebbare Lagerung können
sich die Druckabschnitte 19 bis 21 und 39 in
Höhenrichtung
H verschieben und sich damit automatisch an den Höhenverlauf 15d des
Profils 14 anpassen. Die Druckabschnitte 19 bis 21 und 39 werden
durch die Faltenkanten 13a nach oben gedrückt und
damit zwischen einer minimalen Höhe
h1 und einer maximalen Höhe
h2 des Stehfaltenpaketes 14 bewegt. Die von den Druckabschnitten 19 bis 21 und 39 auf
das Stehfaltenpaket 14 ausgeübten Drücke D1 bis D4 werden durch
Druckfedern 49 bis 52 aufgebracht, die in den Zylindern 44 bis 47 gelagert
sind und auf in den Kolben 40 bis 43 eingebrachte
Federführungen
einwirken.
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Die
Druckabschnitte 19 bis 21 und 39 passen sich über die
als Gelenke 19a, 20a, 21a und 39a ausgestalteten
Gelenkachsen 19a, 20a, 21a und 39a automatisch
an die Neigung N des Stehfaltenprofils 15 an. So weist
das Stehfaltenprofil 15 unterhalb des Gelenkes 21a des
Druckabschnittes 21 eine Neigung N auf, an welche der Druckabschnitt 21 während des Faltvorgangs
durch die Bewegung des Stehfaltenprofils 15 in Faltrichtung
F automatisch angepasst wird.
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Die
Faltvorrichtung 1 ist mit Messeinrichtungen 53 bis 56 ausgestattet,
die als Weg oder Lagemesssystem dienen, um die Höhe des Stehfaltenprofils 15 in
einer Höhenrichtung
H und/oder die Position der Druckabschnitte 19 bis 21 und 39 relativ
zur Auflage 18 zu bestimmen. Um die Position der Druckabschnitte 19 bis 21 und 39 in
Höhenrichtung
H zumindest zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert, der
jeweils durch die Verschiebbarkeit der Druckabschnitte 19 bis 21 und 39 in
Höhenrichtung
H vorgegeben ist, einstellen zu können, ist der Rahmen 48 mit
einem Antrieb, beispielsweise einem Spindeltrieb 57, verbunden,
der eine Höhenverstellung
des Rahmens 48 ermöglicht.
Die Höhe
des Rahmens 48 kann beispielsweise abhängig von dem herzustellendem
Stehfaltenprofil 15, der Länge des bereits hergestellten
Abschnittes des Stehfaltenpaketes 14, der Höhe der unter
den Druckabschnitten 19 bis 21 und 39 angeordneten
Stehfalten 13 und/oder der momentanen Faltgeschwindigkeit
der Faltmesser 2, 3 über die Steuereinheit 28 eingestellt
werden. Die Steuereinheit kann für
die Steuerung oder Regelung der frühen Position des Rahmens 48 mit
Kennlinien versehen sein, welche die Steuerung entsprechend dem hergestellten
Stehfaltenprofil 15 variieren.
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Der
Kippwinkel K der Faltmesser 2, 3 kann in Abhängigkeit
von der Faltenhöhe
h automatisch durch die Steuereinheit 28 variiert werden.
Für die Herstellung
einer kleinen Falte 13 wird ein kleinerer Kippwinkel K
und für
eine größere Falte 13 ein
entsprechend größerer Kippwinkel
K benötigt.
Damit ist bei der Herstellung einer kleineren Falte der zurückzulegende
Weg des Faltmessers 2, 3 kürzer.
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3 bis 5 zeigen
mögliche
Stehfaltenprofile, die mit einer erfindungsgemäßen Faltvorrichtung herstellbar
sind.
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Das
Stehfaltenprofil 15a der 3 weist
einen dreiecksförmigen
Höhenverlauf 15d auf.
Wird das Stehfaltenprofil 15a unter den Druckabschnitten der
erfindungsgemäßen Faltvorrichtung
wegbewegt, steigt und fällt
die Höhe
der unter den Druckabschnitten geförderten Stehfalten 13 periodisch.
Während
in einem Bereich 15a bei einer Förderung des Stehfaltenpaketes 14 in
Faltrichtung F die Höhe
der Stehfalten 13 in einer Höhenrichtung H abnimmt, nimmt
die Höhe
der Stehfalten in einem Bereich 59 in Relation zu einem
Ruhepol zu. Zur Herstellung eines Stehfaltenprofils gemäß 3 kann
die erfindungsgemäße Faltmaschine
Druckabschnitte aufweisen, die lediglich auf entgegen der Faltrichtung
F ansteigenden Abschnitten 59 aufliegen und in dem Zeitabschnitt,
in dem ein Bereich 58 den Druckabschnitt passiert, von dem
Stehfaltenpaket 14 abgehoben sein. Alternativ oder zusätzlich können die
Druckabschnitte verfahrbar ausgestaltet sein, so dass diese wenigstens
während
eines Zeitabschnitts oder eines Abschnitts der zurückgelegten
Förderstrecke
des Stehfaltenpakets 14 auf Bereichen 59 oder 58 aufliegen
und in Faltrichtung F mit bewegt werden.
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4 zeigt
ein Stehfaltenprofil 15b, das mit konkaven Radien R1 und
konvexen Radien R2 versehen ist. Die Druckabschnitte können für die Herstellung
eines derartigen Stehfaltenprofils ebenfalls konvexe oder konkave
Radien aufweisen, um die Anzahl der durch Druckabschnitte mit Druck
beaufschlagbaren Faltenkanten 13a zu erhöhen und
damit die Führung
der Stehfalten 13 oder die Erzeugung eines der Faltrichtung
F entgegenwirkenden Gegendruckes zu verbessern.
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5 zeigt
ein Stehfaltenpaket 14 mit einem Stehfaltenprofil 15c,
das auf beiden in Höhenrichtung H
gegenüberliegenden
Seiten einen kurvenförmigen Verlauf
aufweist. Für
die Herstellung eines derartigen Stehfaltenprofils kann die erfindungsgemäße Faltvorrichtung
eine mit auf beiden Seiten des Stehfaltenprofils 14, das
heißt
auf beiden Seiten des Faltkanals, an das Stehfaltenprofil anpassbar
ausgestaltete Druckeinrichtung 17 aufweisen. Beispielsweise
können
auf beiden Seiten des Faltkanals gemäß 1 in Zylindern 22 bis 24 höhenverstellbare
Druckabschnitte 19 bis 21 oder gemäß 2 über Druckfedern 49 bis 52 mit
Druck beaufschlagbare Druckabschnitte 19 bis 21 und 39 vorgesehen
sein.