Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung eines flachen Prozessguts

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere zum Rillen, Perforieren oder Schneiden, eines flachen Prozessguts, insbesondere von Papier, Karton oder Kunststoff, welches der Vorrichtung vereinzelt oder kontinuierlich zugeführt wird.

In der Papierindustrie ist es oft erforderlich, Dokumente zu schneiden, zu perforieren und zu falten. Vor dem Falten bzw. Falzen von Dokumenten werden diese vorzugsweise mit einer Rille oder Nut versehen, entlang der das Dokument in der Folge präzise gefaltet werden kann.

Dazu werden in einer Stapelvorrichtung gelagerte Dokumente einer Rillvorrichtung zugeführt, in der sie einfach oder mehrfach gerillt und in der Folge einer Faltvorrichtung zugeführt werden, wie dies beispielsweise aus den Unterlagen zum Produkt Touchline CF375 der Multigraf AG, CH-5630 Muri, bekannt ist.

Aus der GB2373759A ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Dokument durch Eingangsrollen einem Rillmechanismus zuführbar und nach dem Rillen durch Ausgangsrollen weiter transportierbar ist. Der Rillmechanismus umfasst ein erstes und ein zweites Rillwerkzeug, von denen wenigstens eines beweglich gelagert ist. Mittels einer Antriebseinheit, die von einer Steuereinheit gesteuert ist, ist das bewegliche Rillwerkzeug gegen ein transportiertes Dokument verschiebbar, so dass dieses an einer oder mehreren Positionen von beiden Rillwerkzeugen erfasst und mit einer Rille versehen werden kann.

Während des Betriebs der Vorrichtung wird das Eintreffen eines Dokuments mittels eines Sensors detektiert und signalisiert, so dass die Steuervorrichtung dessen Position überwachen und den Rillmechanismus zu den Zeitpunkten betätigen kann, an denen die zu bearbeitenden Zonen des Dokuments die Rillwerkzeuge erreicht haben. Zu diesen Zeitpunkten wird das eingeführte Dokument jeweils angehalten und der anschliessend Rillmechanismus in Gang gesetzt.

Die aus GB2373759A bekannte Vorrichtung ist nur zum Rillen von Dokumenten vorgesehen. Dabei wird jeweils eine bestimmte Art einer Rille in das Prozessgut eingearbeitet. Sofern die Rille nicht mit der gewünschten Tiefe eingeprägt wird, ist die Vorrichtung zu öffnen und der Rillmechanismus anhand von Werkzeug zu justieren, was mit erheblichem Zeitaufwand verbunden ist. Typischerweise sind Justierungen vorzunehmen, falls die Beschaffenheit der Dokumente bzw. des Prozessguts ändert. Sofern eine andere Art einer Rille in das Prozessgut eingearbeitet werden soll, so sind die Werkzeuge wiederum mit erheblichem Aufwand auszutauschen.

Bei der aus der GB2373759A bekannten Vorrichtung wird das Prozessgut jeweils angehalten, bevor der Rillmechanismus in Gang gesetzt wird. Eine aus der US20030092551A1 bekannte Vorrichtung erlaubt es hingegen, Prozessgut zu bearbeiten, während dieses gefördert wird. Beide Betriebsarten weisen Vor- und Nachteile auf. Das vollständige Anhalten des Prozessguts erlaubt es, dieses präzise zu bearbeiten, erfordert aber relativ viel Zeit. Die Bearbeitung des Prozessguts während der Förderung erfolgt ohne Zeitverluste, erfordert jedoch aufwändig gestaltete Werkzeuge, wie rotierende oder pendelnde Werkzeuge. Sofern die mit dem Prozessgut mitlaufenden Werkzeuge nicht präzise arbeiten, können zudem Mängel am Prozessgut resultieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Bearbeitung von flachen Gegenständen zu schaffen.

Insbesondere ist eine Vorrichtung zur Bearbeitung von flachen Gegenständen zu schaffen, die vorzugsweise automatisch oder mit minimalem manuellem Aufwand an rasch ändernde Bedürfnisse des Anwenders und/oder an änderndes Prozessgut anpassbar ist.

Die Vorrichtung soll für beliebige Prozesse zur Bearbeitung von flachen Materialien wie Papier, bedruckten Dokumenten, Karton, Kunststoff und dünne Metallschichten einsetzbar sein.

Umstellungen der Arbeitsprozesse sollen vorzugsweise automatisch oder mit minimalem Aufwand rasch vollzogen werden können.

Die Vorrichtung soll ferner weitgehend unabhängig von externen Einflüssen, insbesondere Temperatureinflüssen und/oder Luftfeuchtigkeit, oder Toleranzen des Prozessguts, optimale Arbeitsergebnisse liefern.

Die Vorrichtung soll es zudem erlauben, das Prozessgut in hohen Taktzyklen präzise zu bearbeiten. Dabei soll die Vorrichtung einfach aufgebaut sein und mit geringem Aufwand gewartet werden können.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung und einem Verfahren gelöst, welche die in Anspruch 1 bzw. 15 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Die Vorrichtung, die der Bearbeitung eines flachen Prozessguts, insbesondere vereinzelter Dokumente, dient, umfasst einen Vorrichtungskörper, mittels dessen ein Werkzeug gehalten wird, dem das flache Prozessgut zur Bearbeitung zuführbar ist.

Erfindungsgemäss ist ein Werkzeuglager vorgesehen, mittels dessen eine modular aufgebaute Werkzeugeinheit lösbar gehalten und von einer Steuereinheit gesteuert vertikal verschiebbar und an einen Werkzeugantrieb ankoppelbar ist.

Die Vorrichtung kann daher wahlweise mit unterschiedlichen Werkzeugeinheiten bestückt werden, um das Prozessgut bedarfsweise zu bearbeiten, insbesondere zu rillen, zu perforieren oder zu schneiden.

Die Vorrichtung kann anhand weniger Handgriffe als Rillmaschine, Perforiermaschine oder Schneidmaschine ausgestaltet werden.

In einer vorzugsweisen Ausgestaltung umfasst das Werkzeuglager einen verschiebbar gelagerten und dem Halten der Werkzeugeinheit dienenden Lagerblock sowie wenigstens einen Lagerantrieb, mittels dessen der Lagerblock derart verschiebbar ist, dass die Werkzeugeinheit an den Werkzeugantrieb ankoppelbar und einstellbar ist.

Durch Anheben des Lagerblocks kann die Werkzeugeinheit gegen den Werkzeugantrieb geführt und mit einer Vorspannung versehen werden, so dass der Betrieb des Werkzeugs an die Eigenschaften des Prozessguts und oder der Werkzeugteile angepasst werden kann.

In einer vorzugsweisen Ausgestaltung weist der Lagerblock einen Werkzeugkanal auf, in den die Werkzeugeinheit eingesetzt werden kann. Vorzugsweise sind der Werkzeugkanal und das dazu korrespondierenden Teil der Werkzeugeinheit formschlüssig aneinander angepasst, so dass die in den Lagerblock eingesetzte Werkzeugeinheit sicher gehalten ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Lagerblock mit wenigstens einem Magneten versehen werden, mittels dessen die eingesetzte Werkzeugeinheit stabil an den Lagerblock angekoppelt wird. Beispielsweise werden im Lagerblock, vorzugsweise innerhalb des Werkzeugkanals eine oder mehrere Aufnahmeöffnungen vorgesehen, in die Magneten eingesetzt werden. Die Werkzeugeinheit wird nach dem Einschieben in die Vorrichtung durch die Magneten daher automatisch an der vorgesehenen Position gehalten und fixiert.

Die Werkzeugeinheit weist zwei miteinander verbundene und gegeneinander verschiebbare Werkzeughalter auf, zwischen denen wenigstens ein elastisches Element angeordnet ist. Mittels der elastischen Elemente werden die beiden Werkzeughalter in der Ruhestellung auseinander gedrückt und erst durch Einwirkung des Werkzeugantriebs gegeneinander geführt. Während der zweite Werkzeughalter mit dem Werkzeugantrieb gekoppelt und fest gehalten ist, kann der erste Werkzeughalter mittels des Lagerantriebs justiert werden, um ein gewünschtes Ineinandergreifen der mit den Werkzeughaltern verbundenen Werkzeugteile zu erzielen. Dabei kann eingestellt werden, dass Schneidewerkzeuge oder Perforationswerkzeuge so weit gegeneinander geführt werden können, bis ein Schnitt vollständig ausgeführt wird. Bei der Verwendung von Rillwerkzeugen kann durch Justierung des Lagerblocks die Tiefe der zu fertigenden Rille oder Nut eingestellt werden.

Dabei können beliebige Werkzeuge, wie Schneidwerkzeuge, Rillwerkzeuge oder Perforationswerkzeuge, eingesetzt werden, welche es erlauben, das Prozessgut bedarfsweise zu bearbeiten.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist wenigstens einer der Werkzeughalter eine Werkzeugmulde auf, in die ein zugehöriges Werkzeugteil einschiebbar ist. Dies erlaubt es, ein Werkzeugteil mit einem Handgriff innerhalb der Werkzeugeinheit zu ersetzen, nachdem diese bereits in die Vorrichtung eingesetzt wurde. Beispielsweise kann ein mit einer ersten Matrize versehenes Werkzeugteil durch ein Werkzeugteil ersetzt werden, welches eine zweite Matrize aufweist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird jedoch ein lösbar montiertes Werkzeugteil vorgesehen, welches auf einer Seite eine erste und auf der anderen Seite eine zweite Matrize aufweist. Um eine Anpassung der Matrize vorzunehmen, kann das Werkzeugteil somit aus der Werkzeugeinheit entfernt, um 180° gedreht und wieder eingesetzt werden.

Die Werkzeugeinheit ist einfach aufgebaut und kann mit geringem Aufwand zusammengebaut und gewartet werden. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung ist der erste Werkzeughalter beidseitig je mit einer Montageleiste verbunden, die auf den einander zugewandten Seiten je eine Führungsbahn aufweisen. In den Führungsbahnen sind eine erste bzw. eine zweite Führungsnase verschiebbar gehalten, die beidseits am zweiten Werkzeughalter vorgesehen sind.

Vorzugsweise ist zwischen den beiden Endstücken der Werkzeughalter je ein elastisches Element angeordnet. Die Werkzeughalter werden von den elastischen Elementen auseinander gedrückt und mittels des Werkzeugantriebs oder im Endanschlag mittels der Montageleisten in einer Lage parallel zueinander gehalten, so dass das Prozessgut durch eine zwischen den Werkzeughaltern liegenden Schlitzöffnung hindurch treten kann.

Sofern ein lösbares Werkzeugteil vorgesehen ist, weist wenigstens eine der Montageleisten eine Durchtrittsöffnung auf, durch die hindurch das erste Werkzeugteil in die Werkzeugmulde des ersten Werkzeughalters einschiebbar ist. Damit das Werkzeugteil das elastische Element passieren kann, wird dieses vorzugsweise auf ein Brückenelement abgestützt, welches ein Tor zur Werkzeugmulde bildet.

Die Werkzeugeinheit kann derart in die Vorrichtung eingesetzt werden, dass das Werkzeuglager den ersten oder zweiten Werkzeughalter trägt und der Werkzeugantrieb mit dem zweiten bzw. ersten Werkzeughalter gekoppelt ist. Die Werkzeughalter und die Werkzeugteile sind grundsätzlich austauschbar.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung weist der Werkzeugantrieb wenigstens eine von einer Antriebswelle gehaltene Exzentereinheit auf, welche an der Werkzeugeinheit anliegt. Vorzugsweise weist jede Exzentereinheit einen vorzugsweise zylindrischen Exzenterkörper auf, der exzentrisch mit der Antriebswelle fest verbunden ist. Mit jeder Drehung der Antriebswelle wird der Exzenterkörper somit nach unten gegen die Werkzeugeinheit bzw. gegen den zweiten Werkzeughalter und wieder nach oben geführt. Damit die Exzentereinheit reibungslos auf den zweiten Werkzeughalter einwirken kann, ist der Exzenterkörper mit einem Exzenterrad versehen, welches an der Werkzeugeinheit anliegt. Der Exzenterkörper wirkt somit als Radlager für das Exzenterrad, welches konstant an der Werkzeugeinheit anliegt. Mit jeder Umdrehung der Antriebswelle kann ein Arbeitszyklus, zum Beispiel ein Rillen oder Schneiden des Prozessguts durchgeführt werden. Der Werkzeugantrieb ist in dieser Ausgestaltung besonders einfach aufgebaut. Alternativ können jedoch auch andere Antriebsvorrichtungen verwendet werden, welche auf die Werkzeugeinheit einwirken können.

Die Vorrichtung kann einen konventionellen Vorrichtungskörper und konventionelle Antriebsmittel und Transportmittel mit Eingangsrollen und Ausgangsrollen aufweisen, die der Förderung des Prozessgut dienen. Vorzugsweise weist der Vorrichtungskörper zwei durch Querstreben miteinander verbundene Montageplatten auf, die vorzugsweise beide je mit einer Ausnehmung versehen sind, in die die Werkzeugeinheit eingeschoben werden kann, so dass sie vorzugsweise innerhalb der Ausnehmungen vertikal verschiebbar, seitlich jedoch spielfrei gehalten ist.

Die Vorrichtung weist eine Steuereinheit auf, mittels der anhand von Sensoren erfasste oder vom Anwender vorgegebene Prozessgrössen oder Prozessparameter verarbeitet, Betriebsprogramme abgearbeitet und entsprechende Steuersignale an den Werkzeugantrieb, den Lagerantrieb und/oder an einen Transportmotor abgegeben werden, mittels dessen das Prozessgut durch die Vorrichtung gefördert wird.

Damit die Änderung der Konfiguration der Vorrichtung besonders einfach erfolgen kann, wird die Werkzeugeinheit mit einem Identifikationsmodul versehen ist, welches Werkzeugdaten der Werkzeugeinheit aufweist, welche mittels eines Werkzeugsensors abgetastet oder abgefragt und zur Steuereinheit übertragen werden können. Beispielsweise kann das Identifikationsmodul einen Code, zum Beispiel einen Bar-Code, aufweisen, welcher mit einem optischen Sensor gelesen wird. Weiterhin kann das Identifikationsmodul mechanische Finger aufweisen, welche optisch abgetastet werden oder mittels denen Schalter betätigt werden. Weiterhin kann die Werkzeugeinheit mit einem Chip oder mit einem RFID-Tag versehen sein, welcher Identifikationsdaten aufweist. Zum Abfragen der Daten wird der Chip galvanisch kontaktiert. Der Transponder des RFID-Tags kann hingegen induktiv oder mittels elektromagnetischer Wellen abgefragt werden.

In der Folge kann der Lagerantrieb unter Berücksichtigung der Werkzeugdaten automatisch betätigt werden, um einen optimalen Abstand zwischen den beiden Werkzeugteilen einzustellen bzw. um die elastischen Elemente mit einer entsprechenden Vorspannung zu versehen. Um optimale Arbeitsergebnisse zu erzielen, werden vorzugsweise weitere Prozessgrössen, wie die Beschaffenheit des Prozessguts, die Temperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit berücksichtigt. Ferner kann ein Sensor vorgesehen werden, welcher das Arbeitsergebnis überprüft und entsprechende Daten an die Steuereinheit weiter leitet.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird das Eintreffen eines Gegenstandes des Prozessguts mittels eines Sensors erfasst und der Werkzeugantrieb in der Folge zu einem ersten Zeitpunkt in Gang gesetzt, zu dem eine zu bearbeitende Zone des Gegenstandes von der Werkzeugeinheit noch beabstandet ist. In der Folge wird der Transportmotor derart angesteuert, dass der Gegenstand zu einem zweiten Zeitpunkt angehalten wird, zu dem die zu bearbeitende Zone des Gegenstandes die Position zur Bearbeitung zwischen den beiden Werkzeugteilen erreicht hat. Der erste Zeitpunkt wird dabei derart gewählt, dass die Werkzeugteile während des zweiten Zeitpunkts oder wenig später auf den Gegenstand einwirken. Unmittelbar nach der Einwirkung auf den Gegenstand wird der Transportmotor wieder gestartet. Dazu wird der Drehwinkel der Antriebswelle vorzugsweise mittels eines Sensors erfasst oder berechnet, so dass das Auseinanderfahren der Werkzeugteile zu einem dritten Zeitpunkt detektiert werden kann, zu dem der Transportmotor wieder in Gang gesetzt wird. Auf diese Weise resultiert ein praktisch kontinuierlicher Betrieb mit hohem Durchsatz und dem Vorteil, dass das Prozessgut optimal und mit einfachen Mitteln bearbeitet werden kann. Anhand der Werkzeugdaten können die genannten Abläufe vorteilhaft eingestellt und optimiert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1a, 1b

die erfindungsgemässe Vorrichtung 100 mit einem von der Frontseite und der Rückseite ohne Verschalung gezeigten Vorrichtungskörper 8, in den eine auswechselbare Werkzeugeinheit 1 eingesetzt ist;

Fig. 2

die Vorrichtung 100 von Figur 1a und 1b in räumlicher Darstellung mit einem Werkzeuglager 3, welches der Aufnahme der separat gezeigten Werkzeugeinheit 1 dient, und mit einem Werkzeugantrieb 2;

Fig. 3

die Werkzeugeinheit 1 von Figur 2, die vom verstellbaren Werkzeuglager 3, welches zwei Antriebseinheiten 3A, 3B umfasst, gehalten und vom Werkzeugantrieb 2 angetrieben wird;

Fig. 3a

einen für die Antriebseinheiten 3A, 3B vorgesehenen Montagerahmen 39;

Fig. 4

eine Explosionsdarstellung der Werkzeugeinheit 1 von Figur 2 mit einem ersten Werkzeugteil 11, welches in einer ersten oder einer zweiten Ausrichtung in einen ersten Werkzeughalter 13 einsetzbar ist;

Fig. 4a

die Frontseite des ersten Werkzeugteils 11 mit einer ersten Werkzeugzone 111 auf der Oberseite und einer zweiten Werkzeugzone 112 auf der Unterseite; und

Fig. 5

einen Teil des Werkzeugkörpers 8 mit dem Werkzeugantrieb 2 und dem Werkzeuglager 3 von Figur 3 mit einer Steuereinheit 6, welcher mittels Sensoren 61, ..., 67 Prozessparameter und Prozessgrössen zur Verarbeitung zugeführt und von der Steuersignale 601, 602, 603 an die Antriebsvorrichtungen 31, 41, 42 abgegeben werden.

Die Figuren 1a und 1b zeigen eine erfindungsgemässe Vorrichtung 100, die zur Bearbeitung, insbesondere zum Rillen oder Schneiden, eines flachen Prozessguts geeignet ist. Figur 1a zeigt die Vorrichtung ohne Verschalung von der Frontseite. Figur 1b zeigt die Vorrichtung 100 von der Rückseite.

Die Vorrichtung 100 umfasst einen Vorrichtungskörper 8 mit einer frontseitigen Montageplatte 81 (siehe Figur 1a) und mit einer rückseitigen Montageplatte 82 (siehe Figur 1b), die durch Querstreben 83 miteinander verbunden sind, wie dies in Figur 2 gezeigt ist.

Die Montageplatten 81, 82 weisen je eine Ausnehmung 811 bzw. 821 auf, in die eine Werkzeugeinheit 1 einschiebbar ist. Oberhalb der Ausnehmungen 811, 821 sind ferner Wellenlager 23A, 23B montiert, welche die Antriebswelle 21 eines Werkzeugantriebs 2 halten.

Mittels des Vorrichtungskörpers 8 werden ferner Fördermittel, wie Eingangsrollen 71 und Ausgangsrollen 72 gehalten, mittels derer das Prozessgut der Werkzeugeinheit 1 zuführbar und von dieser wegtransportierbar ist. Die Fördermittel können bedarfsweise eingesetzt und angetrieben werden. Zur Bearbeitung des Prozessguts in einer vorgeschalteten oder nachgeschalteten Prozessstufe können weitere Werkzeuge, vorzugsweise austauschbare Werkzeugeinheiten 1, eingesetzt werden. In Figur 1b ist gezeigt, dass die Fördermittel 71, 72 mittels eines einzigen Transportriemens 91 angetrieben werden. Der Transportriemen 91 ist mit einem Transportmotor 41 gekoppelt und umläuft auf der Rückseite der Vorrichtung 100 vorgesehene Transporträder 911, 912, die dem Antrieb der Eingangsrollen 71 und der Ausgangsrollen 72 dienen. Weiterhin ist ein Werkzeugmotor 42 vorgesehen, welcher mittels eines Werkzeugriemens 92 ein mit der Antriebswelle 21 des Werkzeugantriebs 2 verbundenes Werkzeugrad 921 antreibt. Die zueinander korrespondierende Fördermittel 71, 72 sind ferner durch zugehörige Zahnräder 711 bzw. 721 miteinander gekoppelt.

Dem Transportmotor 41 und dem Werkzeugmotor 42 sind Steuersignale oder Steuerspannungen 601, 602 von einer Steuereinheit 6 zuführbar, so dass die Fördermittel 71, 72 und der Werkzeugantrieb 2 individuell betrieben werden können (siehe Figur 4). Der Transportmotor 41 und der Werkzeugmotor 42 werden vorzugsweise derart angesteuert, dass die Fördermittel 71, 72 angehalten werden können, bevor der Werkzeugantrieb 2 in Gang gesetzt oder vorzugsweise bevor die Werkzeugeinheit 1 auf das Prozessgut einwirkt. Ferner kann auch eine Werkzeugeinheit 1 eingesetzt werden, welche es erlaubt, das Prozessgut zu bearbeiten, ohne dieses anzuhalten. Beispielsweise wird die Werkzeugeinheit 1 mit zwei Rollen versehen, die zueinander korrespondierende Rillwerkzeuge aufweisen, die mit jeder Umdrehung einmal in einander eingreifen.

Aus Figur 1a ist ersichtlich, dass die Werkzeugeinheit 1 frontseitig eine Montageleiste 16A mit einer Öffnung aufweist, aus der das Frontstück eines ersten Werkzeugteils 11 herausragt (siehe auch Figur 3).

Figur 2 zeigt die Vorrichtung 100 von Figur 1a und 1b in räumlicher Darstellung mit schematisch gezeigten Querstreben 83, welche die beiden Montageplatten 81, 82 des Vorrichtungskörpers 8 miteinander verbinden. Die Werkzeugeinheit 1 wurde aus der Vorrichtung 100 entnommen und ist separat gezeigt. Aus der Werkzeugeinheit 1 wurde ferner das erste Werkzeugteil 11 entnommen, welches an der Oberseite eine erste Werkzeugzone 111 und an der Unterseite eine zweite Werkzeugzone 112 aufweist. Wie erwähnt weist die Werkzeugeinheit 1 auf der Frontseite und der Rückseite je eine Montageleiste 16A; 16B auf. Die Frontseite die Montageleiste 16A weist eine Durchtrittsöffnung 161 auf, durch die hindurch das erste Werkzeugteil 11 in die Werkzeugeinheit 1 einschiebbar ist.

In den Figuren 2 und 3 ist ein Werkzeuglager 3 gezeigt, welches einen horizontal ausgerichteten Lagerblock 35 aufweist, welcher in einander zugewandten Montagekanälen 812, 822 in den Montageplatten 81, 82 verschiebbar gelagert ist. Der Montagekanal 812 in der ersten Montageplatte 81 ist nur schematisch gezeigt. Der Lagerblock 35 ist mittels Antriebseinheiten 3A, 3B vertikal verschiebbar, so dass die installierte Werkzeugeinheit 1 an den oberhalb des Werkzeuglagers 3 angeordneten Werkzeugantrieb 2 ankoppelbar ist. In Figur 2 ist gezeigt, dass der Lagerblock 35 in dieser Ausgestaltung bis auf die Höhe der Ausnehmungen 811, 821 anhebbar ist. Weiter ist gezeigt, dass an der Oberseite des Lagerblocks 35 ein Werkzeugkanal 351 vorgesehen ist, in den die Werkzeugeinheit 1, die einen ersten und einen zweiten Werkzeughalter 13, 14 aufweist, derart einschiebbar ist, dass der erste Werkzeughalter 13 im Werkzeugkanal 351 gehalten ist. Zur stabilen Verbindung des Werkzeughalters 13 mit dem Werkzeugkanal 351 können diese formschlüssig aneinander angepasst sein und beispielsweise eine Schwalbenschwanz-Verbindung bilden. In der gezeigten Ausgestaltung ist im Lagerkanal 351 hingegen wenigstens eine Ausnehmung 352 vorgesehen, in die ein Magnet 36 eingesetzt wird, welcher die Werkzeugeinheit 1 fixiert. Durch seitliches Ziehen kann die Werkzeugeinheit 1 jedoch manuell wieder leicht vom Lagerblock 35 bzw. von den Magneten sechs und 30 gelöst und durch die Ausnehmung 811 aus der Vorrichtung 100 herausgezogen werden. Die Antriebseinheiten 3A, 3B, mittels denen der Lagerblock 35 vertikal verschiebbar ist, umfassen je einen Elektromotor 31, vorzugsweise einen Schrittmotor, welcher von einem zugehörigen Montagerahmen 39 gehalten ist, der seinerseits mit der zugehörigen Montageplatte 81 bzw. 82 verbunden ist.

Figur 3 zeigt die auf das Werkzeuglager 3 abgestützte und an den Werkzeugantrieb 2 angekoppelte Werkzeugeinheit 1, die in Figur 4 in einer Explosionsdarstellung gezeigt ist. Zur besseren Übersicht sind die beiden Montageplatten 81, 82, mit denen u.a. Die Montagerahmen 39 verbunden sind, nicht gezeigt.

Die Montagerahmen 39, von denen einer in Figur 3a in räumlicher Darstellung gezeigt ist, umfassen eine mit dem Elektromotor 31 verschraubte Motorplatte 391 und einen Getriebekasten 392, mit einer Gewindebohrung 393, innerhalb der ein mit einem Gewinde versehener Bolzen 34 drehbar gehalten ist. Der Gewindebolzen 34 hält ein Zwischenrad 33, welches mit einem Antriebsrad 32 gekoppelt ist, das von der Antriebswelle des mit der Motorplatte 391 verbundenen Elektromotors 31 gehalten ist. Der Gewindebolzen 34 ist in eine an der Unterseite des Lagerblocks 35 vorgesehene Montageöffnung 353 eingeführt, die vorzugsweise als Bohrungen mit einem Seitenfenster ausgestaltet ist. Durch das Seitenfenster hindurch kann der in die Montageöffnung 353 eingeführte Gewindebolzen 34 anhand eines Sicherungsrings 341 fixiert werden.

Mit jeder Umdrehung der Gewindebolzen 34 der beiden Antriebseinheiten 3A, 3B wird der Lagerblock 35 somit angehoben oder abgesenkt. Bei der Verwendung von Schrittmotoren 31 kann der Lagerblock 35 und somit die damit gehaltene Werkzeugeinheit 1 nicht nur gegen den Werkzeugantrieb 2 geführt, sondern in der Höhe präzise eingestellt werden. Die Schrittmotoren 31, erlauben es, die Gewindebolzen 34 um einen gewünschten Winkel zu drehen und vertikal präzise zu verschieben. Für das Wechseln der Werkzeugeinheit 1 wird der Lagerblock 35 jeweils in die Ausgangsposition verschoben. Dabei können Endschalter verwendet werden. Alternativ kann auch der Motorstrom überwacht werden, welcher bei Erreichen eines Endanschlags stark ansteigt.

Die Werkzeugeinheit 1, die in den Figuren 3 und 4 in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung gezeigt ist, umfasst den ersten und einen zweiten Werkzeughalter 13, 14, die durch die Montageleisten 16A, 16B gegeneinander verschiebbar gehalten sind und mittels dazwischen vorgesehenen elastischen Elementen 18A, 18B, vorzugsweise zwei Spiralfedern, auseinander gedrückt werden.

Die Werkzeugeinheit 1 bzw. der erste Werkzeughalter 13 ruht auf dem balkenförmigen Lagerblock 35 und wird von diesem gegen den Werkzeugantrieb 2 bzw. gegen zwei Exzentereinheiten 22A, 22B gedrückt, die von einer Antriebswelle 21 gehalten werden. Wie dies oben beschrieben wurde, ist die Antriebswelle 21 mit einem Werkzeugrad 921 verbunden, welches über den Werkzeugriemen 92 mit dem Werkzeugmotor 42 gekoppelt ist. Nach der Betätigung des Werkzeugmotors 42 wird die Antriebswelle 21 mit den Exzentereinheiten 22A, 22B gedreht, so dass die Exzentereinheiten 22A, 22B den zweiten Werkzeughalter 14 mit jeder Umdrehung nach unten und wieder nach oben führen. Dabei wirkt von oben die vom Werkzeugantrieb 2 ausgeübte Druckkraft und von unten die von den elastischen Elementen 18A, 18B ausgeübte Druckkraft auf den zweiten Werkzeughalter 14 ein.

Wie dies in Figur 5 gezeigt ist, umfassen die Exzentereinheiten 22A, 22B einen zylindrischen Exzenterkörper 221, welcher achsparallel und exzentrisch zur Antriebswelle 21 angeordnet ist. Um eine Reibung am zweiten Werkzeughalter 14 und einen entsprechenden Materialverschleiss zu vermeiden, dient der Exzenterkörper 221 als Radlager für ein Exzenterrad 222, welches beidseits von Sicherungsringen 223 gehalten ist und auf dem zweiten Werkzeughalter 14 ruht, während der Exzenterkörper 221 gedreht wird.

Die Antriebswelle 21 wird beidseits von den Wellenlagern 23A, 23B gehalten, die, wie in den Figuren 1a, 1b gezeigt, in den Ausnehmungen 811 bzw. 821 der Montageplatten 81, 82 gehalten sind.

Aus Figur 3 ist der kompakte Aufbau der Werkzeugeinheit 1 sowie die vorteilhafte Ausgestaltung des Werkzeuglagers 3 und des Werkzeugantriebs 2 ersichtlich. Die Werkzeugeinheit 1 kann jedoch nicht nur mittels des Werkzeugantriebs 2 einfach betätigt, sondern mittels des Werkzeuglagers 3 auch vorteilhaft justiert werden. Während der zweite Werkzeughalter 14 an den Exzentereinheiten 22A, 22B anliegt, kann der zweite Werkzeughalter 13 mittels des Werkzeuglagers 3 wahlweise nach oben geschoben werden, um den Abstand zwischen den beiden Werkzeughaltern 13, 14 und somit zwischen den damit gehaltenen Werkzeugteilen 11, 12 einzustellen. Auf diese Weise gelingt es, ein gewünschtes Zusammenwirken der beiden Werkzeugteile 11, 12 während eines Arbeitszyklus bzw. einer Umdrehung der Antriebswelle 21 einzustellen. Insbesondere kann die Tiefe eines Schnittes oder einer Einprägung in das Prozessgut präzise eingestellt werden. Weiterhin ist es möglich den Abstand der Werkzeugteile 11, 12 an die Qualität des Prozessguts anzupassen, dessen Eigenschaften in Abhängigkeit der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit oder aufgrund von Toleranzen bei der Herstellung während des Prozessverlaufs ändern können.

Alle Einstellungen und Justierungen können automatisch durchgeführt werden, indem das Werkzeuglager 3 entsprechend angesteuert wird. Zum Wechsel der Werkzeugeinheit 1 wird der Lagerblock 35 nach unten gefahren, so dass die Werkzeugeinheit 1 entnommen werden kann. Nach dem Einsetzen einer weiteren Werkzeugeinheit 1 wird diese vorzugsweise automatisch erkannt, so dass die Daten zur Ansteuerung des Werkzeuglagers 2 aus dem Speicher der Steuereinheit 6 abgerufen werden können, was nachstehend noch näher beschrieben wird.

In Figur 3 ist ferner ersichtlich, dass das erste Werkzeugteil 11 durch eine Durchtrittsöffnung 161 in der frontseitigen Montageleiste 16A entnommen und ersetzt werden kann. Das Frontstück des ersten Werkzeugteils 11 ragt dabei aus der Werkzeugeinheit 1 hervor und kann von Hand herausgezogen und gedreht und wieder eingesetzt werden. Der Anwender kann die Konfiguration der Vorrichtung 100 somit innerhalb weniger Sekunden auf verschiedene Weise an seine Bedürfnisse und an das Prozessgut anpassen und wird dabei von automatisch ablaufenden Prozessen unterstützt, mittels denen die neu eingesetzte Werkzeugeinheit 1 eingestellt wird. Auf ein manuelles Eingreifen in die Vorrichtung 100, insbesondere ein Eingreifen mittels Werkzeugen, kann vollständig verzichtet werden. Mittels der Steuereinheit 6 erfolgt eine automatische Adaption der Vorrichtung 100 an die eingesetzte Werkzeugeinheit 1 sowie die Bedürfnisse des Anwenders und das Prozessgut.

Figur 4 zeigt die Werkzeugeinheit 1 in einer Explosionsdarstellung. In dieser Ausgestaltung umfasst die Werkzeugeinheit 1 das entnehmbare erste Werkzeugteil 11 und entsprechend erforderliche konstruktive Merkmale, insbesondere die Durchtrittsöffnung 161 in der frontseitigen Montageleiste 16A sowie das Brückenelement 17, durch das hindurch das erste Werkzeugteil 11 in den ersten Werkzeughalter 13 einschiebbar ist und auf das das erste elastische Element 18A abgestützt ist. Das Brückenelement 17, welches mittels Schrauben 54, die in Gewindebohrungen 133 eingeführt werden, mit dem ersten Werkzeughalter 13 verbunden wird, kann auch einstückig am Werkzeughalter 13 angeformt sein.

Zur Verbindung der beiden Werkzeughalter 13, 14 werden diese beidseits mittels der ersten und der zweiten Montageleiste 16A, 16B miteinander verbunden. Die Verbindung mit dem ersten Werkzeughalter 13 erfolgt mittels Schrauben 52, die durch Bohrungen 163 in den Montageleisten 16A, 16B hindurch geführt und in Gewindebohrungen 1321 im ersten Werkzeughalter 13 eingeschraubt werden, welcher eine Montagenase 132 aufweist, die in die zweite Montageleiste 16A einsetzbar ist. Die Montageleisten 16A, 16B weisen ferner je eine Führungsbahn 162 auf, in denen beidseits am zweiten Werkzeughalter 14 vorgesehene Führungsnasen 141A, 141B verschiebbar gehalten werden. Der zweite Werkzeughalter 14, welcher an beiden Enden auf die elastischen Elemente 18A, 18B abgestützt ist, wird von den Montageleisten 16A, 16B somit verschiebbar gehalten.

An der zweiten Montageleiste 16B ist ein Identifikationsmodul 19 vorgesehen, welches die Daten der Werkzeugeinheit 1 aufweist, die nach dem Einsetzen der Werkzeugeinheit 1 automatisch abgelesen oder abgefragt werden können.

Die Werkzeugträger 13, 14 sind derart ausgestaltet, dass sie mit einem passenden Werkzeugteil 11, 12 bestückt werden können. Das erste Werkzeugteil 13 weist eine kanalförmige Werkzeugmulde 131 auf, in die das erste Werkzeugteil 11 mit einer ersten oder zweiten Werkzeugzone 111, 112 nach oben ausgerichtet einschiebbar ist. In Figur 4a ist das Frontstück des ersten Werkzeugteils 11 gezeigt, welches in der ersten Werkzeugzone 111 eine schmale und in der zweiten Werkzeugzone 112 eine breite Werkzeugnut aufweist.

Das zweite Werkzeugteil umfasst eine Halteplatte 142, die mittels Schrauben 51 derart montierbar ist, dass ein zweites Werkzeugteil 12, wie die gezeigte rechteckförmige Klinge, im Werkzeughalter 14 festgeklemmt werden kann.

Figur 5 zeigt einen Teil des Werkzeugkörpers 8 mit dem Werkzeugantrieb 2 und dem Werkzeuglager 3 sowie der Steuereinheit 6, welcher mittels Sensoren 61, ..., 67 Prozessparameter und Prozessgrössen zur Verarbeitung zugeführt und von der Steuersignale 601, 602, 603 an die Antriebsvorrichtungen 31, 41, 42 abgegeben werden.

Grundsätzlich ist es möglich, alle Einstellungen über eine Eingabeeinheit in die Steuereinheit 6 einzugeben, welche ein einfach ausgestalteter Computer mit Eingabeeinheiten, Ausgabeeinheiten und Schnittstellenmodulen sein kann. Auf dem Bildschirm ist eine Menustruktur dargestellt, mittels der der Anwender eine der vorgesehenen Anwendungen A1, ..., Ax auswählen kann. Ferner kann vorgesehen werden, dass der Anwender die Konfiguration der Vorrichtung 100 in die Steuereinheit 6 eingeben kann. Beispielsweise kann der Anwender den Typ des der eingesetzten Werkzeugeinheit eingeben.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung 100 jedoch selbstkonfigurierend. Mittels eines Werkzeugsensors 63 werden die Daten vom Identifikationsmodul 19 gelesen. Anhand dieser Daten kann die Steuereinheit 6 automatisch den Arbeitsprozess auswählen und die eingesetzte Werkzeugeinheit 1 bedarfsweise justieren. Mittels eines optionalen Temperatursensors 64 wird die Umgebungstemperatur oder die Temperatur der Werkzeugeinheit 1 ermittelt, anhand der Nachjustierungen zur Kompensation von Wärmedehnungen vollzogen werden können. Mittels eines optionalen Feuchtigkeitssensors 65 wird die Luftfeuchtigkeit der Umgebung ermittelt, um die Eigenschaften des Prozessguts präziser bestimmen zu können. Mittels eines vorzugsweise berührungslos arbeitenden Qualitätssensors 66 wird die Qualität des Prozessguts, beispielsweise die Dicke der Papierschicht, ermittelt. Anhand dieser Informationen kann die Werkzeugeinheit 1 weiter justiert werden, um einen optimalen Prozessverlauf zu gewährleisten.

Für den Austausch der Werkzeugeinheit 1 ist vorzugsweise ein Türsensor 61 im Gehäuse der Vorrichtung 100 vorgesehen, welcher das Öffnen einer Tür detektiert, mittels der das Werkzeugfach abschliessbar ist. Sobald der Anwender die Tür öffnet, wird dies der Steuereinheit 6 signalisiert, welche in der Folge das Werkzeuglager 3 derart ansteuert, dass der Lagerblock 35 mit der Werkzeugeinheit 1 automatisch in die Ausgangslage zurück gefahrenen wird. Anschliessend kann die Werkzeugeinheit 1 entnommen und ausgetauscht ersetzt werden. Das korrekte Einsetzen der neuen Werkzeugeinheit 1 wird anhand eines Positionssensors 62 erfasst. Nach dem Einsetzen der neuen Werkzeugeinheit 1 werden die Schrittmotoren 31 des Werkzeuglagers 3 unter Berücksichtigung der ermittelten Werkzeugdaten und der weiteren Prozessparameter betätigt.

Die Steuereinheit 6 übernimmt daher alle wesentlichen Funktionen für die Einstellung der Werkzeugeinheit 1. Ferner steuert die Steuereinheit 6 auch die Arbeitsprozesse gemäss den vorgegebenen Betriebsprogrammen. Um die von der wenigstens einen Werkzeugeinheit 1 durchgeführten Arbeitsprozesse mit dem Förderprozess zu synchronisieren ist wenigstens ein Produktsensor 67 vorgesehen, welcher das Eintreffen eines Gegenstandes G des Prozessguts detektiert, so dass dessen weitere Förderung durch die Steuereinheit 6 präzise überwacht werden kann.

Nach der Detektion eines Gegenstandes G wird der Werkzeugantrieb 2 zu einem ersten Zeitpunkt in Gang gesetzt, zu dem eine zu bearbeitende Zone Z des Gegenstandes G von der Werkzeugeinheit 1 noch beanstandet ist. In der Folge wird der Transportmotor 41 derart angesteuert, dass der Gegenstand G zu einem zweiten Zeitpunkt angehalten wird, zu dem die zu bearbeitende Zone Z des Gegenstandes die Position zur Bearbeitung zwischen den beiden Werkzeugteilen 11, 12 erreicht hat. Der erste Zeitpunkt wird dabei derart gewählt, dass die Werkzeugteile 11, 12 während des zweiten Zeitpunkts oder wenig später auf den Gegenstand G einwirken. Unmittelbar nach der Einwirkung auf den Gegenstand G wird der Transportmotor 41 wieder gestartet. Dazu wird der Drehwinkel der Antriebswelle 21 vorzugsweise überwacht, so dass das Auseinanderfahren der Werkzeugteile 11, 12 zu einem dritten Zeitpunkt detektiert werden kann. Auf diese Weise resultiert ein praktisch kontinuierlicher Betrieb mit hohem Durchsatz und dem Vorteil, dass das Prozessgut optimal und mit einfachen Mitteln bearbeitet werden kann.

Bezugszeichenliste:

1

Werkzeugeinheit

100

Vorrichtung zur Bearbeitung von flachen Gegenständen

11

erstes Werkzeugteil, z.B. Matrize

111, 112

erste und zweite Werkzeugzone

12

zweites Werkzeugteil, z.B. Messer

13

erster Werkzeughalter

131

Werkzeugmulde

132

Montagenase

1321

Frontbohrung in der Montagenase 132

133

Seitenbohrungen

14

zweiter Werkzeughalter

141A/B

Führungsnasen

142

Halteplatte

1411

Öffnungen in der Montageplatte 141

16A/B

Montageleisten

161

Durchtrittsöffnung

162

Führungsbahn

163

Montagebohrung

17

Brückenelement

171

Öffnungen im Montageprofil 17

18A/B

elastische Elemente, Spiralfedern

19

Identifikationsmodul

2

Werkzeugantrieb

21

Antriebswelle

22A/B

Exzentereinheiten

221

Exzenterkörper

222

Exzenterrad

23A/B

Wellenlager

3

Werkzeuglager

3A, 3B

Antriebseinheiten des Werkzeuglagers

31

Elektromotor

32

Antriebsrad

33

Zwischenrad

34

Gewindebolzen

341

Sicherungsring

35

Lagerblock

351

Werkzeugkanal

352

Aufnahmeöffnung

353

Montageöffnung

36

Magnet

39

Montagerahmen

391

Motorplatte

392

Getriebekasten

393

Gewindebohrung

41

Transportmotor

42

Werkzeugmotor

51-55

Schrauben

6

Steuereinheit

601-603

Steuersignale

61

Türsensor

62

Positionssensor

63

Werkzeugsensor

64

Temperatursensor

65

Feuchtigkeitssensor

66

Qualitätssensor

67

Produktsensor

71

Eingangsrollen

72

Ausgangsrollen

8

Vorrichtungskörper

81

frontseitige Montageplatte

82

rückseitige Montageplatte

811, 821

Ausnehmungen

812, 822

Montagekanäle für den Lagerbock 35

83

Querstreben

91

Transportriemen

911, 912

Transporträder

92

Werkzeugriemen

921

Werkzeugrad

G

Prozessgut, vereinzelte Papierbogen

Z

zu bearbeitende Zone des Prozessguts