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Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung zum Einstellen des Spaltmaßes zwischen einem Stanz- und einem Gegendruckzylinder einer Rotationsstanzvorrichtung, umfassend einen Exzenter, durch den die Position eines Laufringes des Gegendruckzylinders relativ zum Gegendruckzylinder veränderbar ist, und einen Stellmotor, der zum Einstellen des Spaltmaßes zwischen Stanz- und Gegendruckzylinder ausgebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Rotationsstanzvorrichtung, umfassend einen Stanzzylinder, der um eine Stanzzylinderachse drehbar ist, und einen Gegendruckzylinder, der um eine Gegendruckzylinderachse drehbar ist, wobei der Gegendruckzylinder Laufringe aufweist, auf denen der Stanzzylinder bzw. dessen Stanzzylinderlaufringe ablaufen können und deren Position relativ zum Stanzzylinder über einen Exzenter veränderbar ist.
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Derartige Verstelleinrichtungen bzw. derartige Rotationsstanzvorrichtungen mit entsprechenden Verstelleinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt die
DE 10 2013 110 510 A1 eine Vorrichtung zum Rotationsstanzen, bei dem das Spaltmaß zwischen Stanz- und Gegendruckzylinder über ein zwischen Stanzzylinderlaufring und Stanzzylinder angeordnetes Exzenterelement verstellbar ist. Die Verstellung kann hier manuell oder über Servomotoren erfolgen.
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Das Spaltmaß zwischen Stanzzylinder und Gegendruckzylinder bei üblichen Rotationsstanzmaschinen beträgt 480 µm. Beim Stanzen sollen Stanzkanten eines auf dem Stanzzylinder festgelegten Stanzwerkzeuges das zu stanzende Material so weit wie möglich durchdringen, um ein gutes Stanzergebnis und einfaches Trennen des auszustanzenden Bereiches vom Restmaterial zu gewährleisten. Gleichzeitig muss jedoch verhindert werden, dass die Stanzkanten in Kontakt mit dem Gegendruckzylinder kommen, da diese Bauteile sonst beschädigt würden. Um dies sicherzustellen, ist das Spaltmaß zwischen Stanzzylinder und Gegendruckzylinder einstellbar ausgeführt. Somit können Fertigungstoleranzen des Stanzzylinders oder des Gegendruckzylinders sowie des Stanzwerkzeuges berücksichtigt werden. Weiterhin ist ein Nachstellen des Spaltmaßes bei einem Verschleiß der relevanten Bauteile wie der Stanzzylinder, Gegendruckzylinder oder der Laufringe bzw. einem Abnutzen des Stanzwerkzeuges notwendig. Diese Einstellung des Spaltmaßes muss sehr präzise möglich sein, um ein gutes Stanzergebnis zu gewährleisten und gleichzeitig zu verhindern, dass die Stanzmaschine bzw. das Stanzwerkzeug beschädigt wird.
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Nachteilig an einer Verstelleinrichtung bzw. einer Rotationsstanzmaschine mit dieser Verstelleinrichtung nach dem Stand der Technik ist, dass das zuverlässige Einstellen eines exakten Spaltmaßes, insbesondere bei Vorrichtungen mit Exzentern aufgrund des Verschleißes der Vorrichtung, der in einer für eine Nachstellung relevanten Größenordnung liegen kann, gerade bei manuell zu betätigenden Verstelleinrichtungen nur sehr schwierig möglich ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verstelleinrichtung bzw. ein Rotationsstanzsystem der oben genannten Art dahingehend zu verbessern, dass das Spaltmaß zwischen Stanz- und Gegendruckzylinder zuverlässig exakt einstellbar wird.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass dem Stellmotor der Verstelleinrichtung eine zur Ansteuerung des Stellmotors ausgebildete Steuereinrichtung zugeordnet ist, in der eine die Exzentrizität des Exzenters berücksichtigende Verstellkurve hinterlegt ist, bzw. die Rotationsstanzvorrichtung eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung aufweist, mit der das Spaltmaß zwischen Stanzzylinder und Gegendruckzylinder veränderbar ist.
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Die Verstellkurve kann unveränderbar in der Steuereinrichtung hinterlegt sein, vorteilhafter ist jedoch eine änderbare Hinterlegung in einem überschreibbaren Speicherbereich der Steuereinrichtung.
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Weiterhin ist ein Verfahren zum Aufnehmen einer Verstellkurve einer Verstellvorrichtung einer Rotationsstanzvorrichtung sowie ein Verfahren zum Verstellen eines Spaltmaßes zwischen einem Stanzzylinder und einem Gegendruckzylinder einer Rotationsstanzvorrichtung mit einer einen Exzenter umfassenden Verstelleinrichtung Gegenstand der Erfindung.
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Die Verdrehung des Exzenters bewirkt je nach Exzenterausbildung eine sinus- bzw. kosinusförmige Verlagerung der Stanzzylinderachse relativ zur Gegendruckzylinderachse in zwei senkrecht zueinander und senkrecht zu der Stanzzylinder- bzw. Gegendruckzylinderachse stehenden Raumrichtungen. Aus der zylinderförmigen Form des Stanzzylinders und Gegendruckzylinders ergibt sich hierbei eine nichtlineare und insbesondere nicht einfach sinus- bzw. kosinusförmige Veränderung des Spaltmaßes zwischen Stanz- und Gegendruckzylinder. Über eine in der Steuereinrichtung hinterlegte Verstellkurve kann beim Einstellen des Spaltmaßes über einen Stellmotor diesem Sachverhalt Rechnung getragen werden. Die Verstellkurve kann hierbei entweder auf einer genau ermittelten Funktion des Zusammenhangs zwischen der Verdrehung des Exzenters und der Veränderung des Spaltmaßes beruhen oder in Form von diskreten Stützpunkten hinterlegt sein, zwischen denen die reale Funktion durch Interpolation, beispielsweise lineare Interpolation, angenähert wird. Hierdurch ermöglicht die Verstelleinrichtung bzw. eine mit der Verstelleinrichtung ausgerüstete Rotationsstanzmaschine eine sehr präzise und wiederholbare Einstellung des gewünschten Spaltmaßes. Eine zur Einstellung des Spaltmaßes stellmotorseitige Bewegung korrespondiert durch die Verstellkurve linear mit einer Verstellung des Spaltmaßes.
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Weiterhin kann durch eine hohe Genauigkeit des beispielsweise mit einem als Schrittmotor ausgebildeten Systems und über einen Schneckentrieb weiter selbsthemmenden Systems eine im Vergleich zu herkömmlichen Systemen sehr niedrige Verstellung der Verstellvorrichtung während des Betriebs realisiert werden.
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Mit Vorteil weist die Verstelleinrichtung eine Positionsbestimmungseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die Position des Exzenters an die Steuereinrichtung zu übergeben. Da die Verlagerung der Stanzzylinderachse relativ zur Gegenstanzzylinderachse sinus- bzw. kosinusförmig in den beiden geschilderten, zueinander und zu der Stanzzylinder- bzw. Gegendruckzylinderachse rechtwinkligen Raumrichtungen erfolgt, ist die aus einer bestimmten Verdrehung des Exzenterelementes resultierende Verlagerung der Achsen abhängig von der Ausgangsposition des Exzenters. Durch die Positionsbestimmungseinheit kann die Ausgangs- bzw. Endposition des Exzenters an die Steuereinrichtung übergeben werden und bei der Berücksichtigung der Exzentrizität des Exzenters über die Verstellkurve zugrunde gelegt werden. Die Positionsbestimmungseinheit kann beispielsweise als optischer, elektrischer oder magnetischer Sensor, als Taster oder als Zählrad ausgeführt sein. Jedoch sind auch andere Sensoren, die zur Lagebestimmung des Exzenters verwendet werden können, grundsätzlich geeignet. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit und Präzision des Einstellens des Spaltmaßes zwischen Stanz- und Gegendruckzylinder verbessert und die Bewegung kann eindeutig rückgängig gemacht werden.
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Durch die Positionsbestimmungseinheit kann aufgrund des vorhandenen linearen Zusammenhangs nach einer durch den Betrieb bewirkten ohnehin schon geringen Verstellung eine eindeutige Zurückführung in den gewünschten Ausgangszustand erfolgen.
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Insbesondere kann ein Magnet an einem drehfest mit dem Exzenter verbundenen Zahnrad angeordnet sein, während der magnetische Sensor auf Seiten des dieses Zahnrad bewegenden Stellmittels, beispielsweise an oder in dem Gehäuse des Schneckentriebs angeordnet ist. In einer solchen Konfiguration kann über den magnetischen Sensor in der Positionsbestimmungseinheit eine Nullstellung identifiziert werden.
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Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, bei einer Veränderung des Spaltmaßes um eine bestimmte Verstellweitenvorgabe die Ansteuergröße an den Stellmotor in Abhängigkeit der Position des Exzenters mittels der Verstellkurve anzupassen. Hierbei ermittelt die Steuereinrichtung, ausgehend von der aktuellen Position des Exzenters, das aktuelle Spaltmaß sowie das neue Spaltmaß anhand der Verstellweitenvorgabe, sofern die Verstellweitenvorgabe nicht schon durch die Angabe des gewünschten Endspaltmaßes angegeben wurde. Weiterhin kann anhand der Verstellkurve entweder die notwendige Ansteuergröße an den Stellmotor unmittelbar oder beispielsweise die notwendige Verdrehung des Exzenters und darüber die notwendige Ansteuergröße an den Stellmotor ermittelt werden. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit und Präzision der Einstellung des Spaltmaßes weiter verbessert.
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Durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann die Maschine bei Überschreiten insbesondere vorgebbarer Verschleißgrenzen vorzugsweise automatisiert neu kalibriert werden.
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Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Ansteuergröße derart anzupassen, dass unabhängig von der Position des Exzenters stets eine Spaltmaßverstellung gemäß der Verstellweitenvorgabe erfolgt.
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Vorzugsweise ist der Stellmotor als Schrittmotor ausgestaltet. Durch die Ausgestaltung des Stellmotors als Schrittmotor kann eine Verdrehung des Exzenters zuverlässig, präzise und wiederholbar erfolgen. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der Spaltmaßeinstellung durch die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung bzw. einer mit der Verstelleinrichtung ausgerüsteten Rotationsstanzvorrichtung. Besonders bevorzugt weist die Steuereinrichtung einen die Schritte des Schrittmotors aufnehmenden Encoder auf. Das Aufnehmen der Schritte des Schrittmotors kann hierbei entweder direkt oder indirekt erfolgen. Bei der direkten Aufnahme nimmt der Encoder die Anzahl der durchgeführten Schritte auf. Indirekt kann der Encoder die an den Schrittmotor übersandten Stellimpulse aufnehmen, wobei auf jeden Stellimpuls eine Verstellung des Schrittmotors um eine feste Schrittanzahl erfolgt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Verstellung durch den Schrittmotor entsprechend des Steuersignals der Steuervorrichtung erfolgt. Das gewünschte Spaltmaß wird zuverlässig eingestellt.
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Besonders bevorzugt ist der Encoder als Positionsbestimmungseinheit eingerichtet. Hierbei übergibt der Encoder die aus der Zählung der Schritte des Schrittmotors bzw. der Impulse zur Steuerung des Schrittmotors ergebende Summe an das Steuergerät, wobei Schritte in die eine Richtung positiv und in die andere Richtung negativ gezählt werden. Da der Schrittmotor, um eine exakte Einstellung des Exzenters gewährleisten zu können, direkt oder über ein spielarmes und hochwiederholgenaues Getriebe mit dem Exzenter verbunden ist, kann anhand der Schrittsumme des Schrittmotors bzw. der den Schrittmotor steuernden Impulse die aktuelle Position des Exzenters bestimmt werden. Die Positionsbestimmung kann somit auf eine einfache und dennoch zuverlässige Weise erfolgen, eine separate Bezugspositionsbestimmungseinheit ist in der Folge entbehrlich.
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Vorzugsweise weist der Exzenter einen zumindest hälftig, vorzugsweise zumindest nahezu vollständig und insbesondere vollständig umlaufenden Zahnkranz auf, über den der Exzenter positionierbar, insbesondere verdrehbar, ist. Durch den zumindest hälftig wird ein ausreichend großer und durch einen nahezu vollständig umlaufenden Zahnkranz wird ein weiter Verstellbereich des Exzenters ermöglicht. Zudem kann ein Zahnkranz vergleichsweise einfach an dem Exzenter präzise positioniert werden. Hierdurch wird die präzise und wiederholbare Positionierung des Exzenters erhöht.
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Die Verstelleinheit weist vorzugsweise zwei Exzenter auf gegenüberliegenden Seiten des Gegendruckzylinders auf. Hierdurch wird eine gleichmäßige Verstellung des Spaltmaßes über die ganze Breite des Spaltes zwischen Stanzzylinder und Gegendruckzylinder ermöglicht.
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Bevorzugt weist die Verstelleinrichtung eine Positioniereinheit mit einem zum Zahnkranz des Exzenters korrespondierenden Zahnrad auf. Die Verstelleinheit ist dabei so angeordnet, dass das Zahnrad der Verstelleinheit mit dem Zahnkranz des Exzenters kämmt. Das Zahnrad kann hierbei direkt oder über ein Getriebe von dem Stellmotor angetrieben werden. Besonders bevorzugt ist das Zahnrad mit einem Zahngetriebe drehfest verbunden. Hierbei wird das Zahngetriebe von dem Stellmotor angetrieben. Durch die Verwendung von Zahngetrieben wird eine hohe Wiederholbarkeit und Positioniergenauigkeit einer Verstellung des Exzenters ermöglicht. Durch das Zahngetriebe kann weiterhin eine Über- oder Untersetzung der Drehung des Stellmotors bezüglich der Drehung des Exzenters erfolgen. Besonders bevorzugt ist das Zahngetriebe als selbsthemmendes Schneckengetriebe ausgestaltet. Hierbei ist bevorzugt das Schneckenrad drehfest mit dem Zahnrad verbunden, und die Schnecke wird vom Stellmotor angetrieben. Das selbsthemmende Schneckengetriebe verhindert ein Verdrehen des Exzenters, nachdem dieser vom Stellmotor in die gewünschte Position verschoben wurde. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der Verstelleinrichtung erhöht und die Belastung auf den Stellmotor verringert. Insgesamt steigt somit die Zuverlässigkeit der Verstelleinrichtung.
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Bevorzugt sind das Zahnrad in Kombination mit dem Zahnkranz und/oder das Zahngetriebe und/oder die Kombination Zahnrad/Schneckenrad als eine eine Drehbewegung des Schrittmotors untersetzende Getriebeanordnung ausgestaltet. Die Untersetzung hat zur Folge, dass eine Drehung des Schrittmotors nur eine sehr geringe Verdrehung des Exzenters zur Folge hat. Hierdurch kann eine sehr genaue Positionierung des Exzenters und damit eine sehr präzise Einstellung des Spaltmaßes im Bereich von vorzugsweise Zehntel µm erfolgen. Es können jedoch auch Einstellschritte im Bereich von Hundertstel µm ermöglicht werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Rotationsstanzvorrichtung, umfassend einen Stanzzylinder, der um eine Stanzzylinderachse drehbar ist, und einen Gegendruckzylinder, der um eine Gegendruckzylinderachse drehbar ist, wobei der Gegendruckzylinder Laufringe aufweist, auf denen der Stanzzylinder bzw. dessen Stanzzylinderlaufringe ablaufen können und deren Position relativ zum Stanzzylinder über einen Exzenter veränderbar ist, wobei die Verstellvorrichtung wie vor- oder nachbeschrieben ausgebildet ist und insbesondere ein Spaltmaß zwischen Stanzzylinder und Gegendruckzylinder über die Verstellvorrichtung einstellbar ist. Dieser Rotationsstanzvorrichtung kommen die vor- und nachbeschriebenen Vorteile zu.
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Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Aufnehmen einer Verstellkurve, insbesondere einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung einer Rotationsstanzmaschine, gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Spaltmaß zwischen einem Stanz- und einem Gegendruckzylinder über das Verdrehen eines Exzenters, durch den die Position eines Laufrings des Gegendruckzylinders relativ zum Gegendruckzylinder veränderbar ist, variiert wird. In unterschiedlichen Verdrehstellungen des Exzenters wird das Spaltmaß der Rotationsstanzmaschine vermessen, und aus den Daten zur Verdrehstellung des Exzenters und des Spaltmaßes wird die Verstellkurve ermittelt, die in einer Steuereinrichtung eines Stellmotors der Verstelleinrichtung hinterlegt wird. Die Messung des Spaltmaßes kann hierbei über ein oder mehrere im Spalt angeordnete oder den Spalt erfassende Sensoren insbesondere durch ein oder mehrere den Spalt durchleuchtende optische Sensoren erfasst werden.
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Für das Spaltmaß wird entweder der Wert des einen Sensors verwendet oder über die Werte von mehreren verschiedenen Sensoren gemittelt. Weiterhin wird die Verdrehstellung des Exzenters idealerweise nach der gleichen Methode bestimmt, wie diese auch im späteren Betrieb von der Steuereinrichtung bestimmt werden würde. Hieraus ergeben sich Datenpunkte, die das Spaltmaß und die Position des Exzenters bzw. eine die Position des Exzenters beschreibende Messgröße umfassen. Die Verstellkurve kann nun entweder anhand des zu ermittelnden geometrischen Zusammenhangs zwischen Spaltmaß und Verdrehung des Exzenters exakt bestimmt oder durch Interpolation zwischen den einzelnen, diskreten, messtechnisch ermittelten Wertepaaren, z. B. durch lineare Interpolation, vervollständigt werden.
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Weiterhin ist ein Verfahren zum Verstellen eines Spaltmaßes zwischen einem Stanzzylinder und einem Gegendruckzylinder einer Rotationsstanzmaschine mit einer einen Exzenter umfassenden Stelleinrichtung Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Verstellweitenvorgabe einer Steuereinrichtung eines Stellmotors der Verstelleinrichtung übergeben wird und über eine Verstellkurve in ein Steuersignal für den Stellmotor umgewandelt wird. Über die Verstellkurve wird hierbei der Exzentrizität des Exzenters bei der Ermittlung des Steuersignals für den Stellmotor Rechnung getragen. Hierdurch wird eine präzise, die Exzentrizität des Exzenters berücksichtigende Einstellung des Spaltmaßes ermöglicht.
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Insbesondere bei einem hochgenauen Schrittmotor, der eine Genauigkeit in der Verstellung von 1 µm ermöglicht, kann eine quasi-kontinuierliche gleichbleibende Verstellung automatisiert auch bei Verschleiß vorgenommen werden.
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Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Positionsbestimmungseinheit Positionsdaten des Exzenters aufnimmt und an die Steuereinheit übergibt, wobei in der Steuereinheit in Abhängigkeit von der Position des Exzenters der Verstelleinrichtung die Verstellweitenvorgabe in ein Steuersignal für den Stellmotor umgewandelt wird. Hierdurch wird die präzise aktuelle Position des Exzenters bei der Ermittlung des Steuersignals für den Stellmotor zugrunde gelegt und die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Einstellung des Spaltmaßes erhöht. Besonders bevorzugt erfolgt eine Verstellung des Spaltmaßes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren stets exakt gemäß der Verstellweitenvorgabe unabhängig von der Position des Exzenters. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des Verfahrens erhöht, bei der eine Verstellung des Spaltmaßes zuverlässig entsprechend der Vorgaben erfolgen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand des nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 eine Gegendruckwalze mit der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung,
- 2 einen Querschnitt durch die Gegendruckwalze nach 1,
- 3 eine Positioniereinheit der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung,
- 4 einen Querschnitt durch die Positioniereinheit nach 3,
- 5 eine Verstellkurve eines erfindungsgemäßen Gegenstands.
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Nachfolgend werden gleichwirkende Elemente der Erfindung mit einer einheitlichen Bezugsziffer versehen. Die nachfolgend beschriebenen Merkmale des Ausführungsbeispiels können auch in anderen Merkmalskombinationen als dargestellt Gegenstand der Erfindung sein.
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1 zeigt einen Gegendruckzylinder 2 mit zwei Laufringen 4, deren Position relativ zum Gegendruckzylinder 2 über jeweils eine Verstelleinrichtung 6 die jeweils über eine Positioniereinheit 8, umfassend einen Stellmotor 10 und einen Encoder 12, verstellt werden können.
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In 2 ist der Gegendruckzylinder 2 in einem Querschnitt dargestellt. An beiden Enden des Gegendruckzylinders 2 ist eine Verstelleinrichtung 6 angeordnet, bei der ein Exzenter 14 zwischen Gegendruckzylinder 2 und Laufring 4 angeordnet ist. Der Exzenter 14 weist eine runde Bohrung sowie eine runde Außenoberfläche auf, wobei die Mittelpunkte der Kreise der Innenbohrung sowie des Außenkreises einen Versatz zueinander aufweisen. Weiterhin sind die den Verstelleinrichtungen 6 zugeordneten Positioniereinheiten 8 erkennbar.
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Die Positioniereinheit 8 ist in 3 dargestellt. Diese umfasst den als Schrittmotor ausgeführten Stellmotor 10 sowie den Encoder 12, der auch als Positionsbestimmungseinheit verwendbar ist, sowie ein im Betrieb mit einem Zahnkranz des Exzenter 14 in Eingriff stehendes Zahnrad 16 und ein Schneckenrad des Schneckengetriebes 18 (4). Das Schneckengetriebe ist im Schnitt durch die Positioniereinheit 8 in 4 erkennbar. Hierbei wird vom Stellmotor 10 die Schnecke des Schneckengetriebes 18 angetrieben.
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Zum von der Rahmenkonstruktion einer Rotationsstanzvorrichtung möglichst unbeeinflussten Steuerung der Verstellung ist die Lagerung des Gegendruckzylinders 2 in Kulissensteinen 20 angeordnet, die innerhalb der Rahmenkonstruktion verschiebbar angeordnet sind.
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Eine beispielhafte Verstellkurve zeigt auf Ihrer x-Achse das Spaltmaß und auf der y-Achse die für die Einstellung des Spaltmaß notwendige Anzahl der Schritte des Schrittmotors ausgehend von der Nullposition bei 500 µm in die eine oder die andere Richtung (5).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013110510 A1 [0002]