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Technik erklärt

Das cmc Maschinenbau Lexikon

Friktionswellen für flexibles Arbeiten

Friktionswellen bestehen aus einzelnen Segmenten (Friktionsringen), die zueinander verdreht werden können. Dadurch können Rollen mit z.B. unterschiedlichen Durchmessern auf der gleichen Welle aufgewickelt werden, ob wohl sie sich unterschiedlich schnell drehen.

Reibbeläge im Inneren der Welle werden über Druckluft an die Friktionsringe angepresst. Durch Variation des Luftdrucks kann das übertragene Drehmoment eingestellt werden. 

Um ein gleichmäßiges Aufwickeln der Rollen zu erzielen, empfiehlt es sich, eine Voreilung der Friktionswelle von bis zu 5% gegenüber der Bahngeschwindigkeit zu halten. 


Pneumatische Spannwellen

Im Gegensatz zu einer mechanisch aufwändigeren Friktionswelle sind Spannwellen besonders gut für dünne Materialien mit geringen Dickenschwankungen geeignet.

Grob unterscheidet man bei den Spannwellen solche mit durchgehenden Leisten oder einzelnen Klemmelementen.

In beiden Fällen werden durch das Befüllen der innenliegenden Flachschläuche mit Druckluft die Klemmelemente nach aussen gegen die Hülse gedrückt. Die Klemmelemente können aus unterschiedlichen Materialien bestehen und Längs- oder Querrillen aufweisen. Beim Entlüften gleiten die Spannelemente durch die integrierten Federelemente wieder zurück in ihre Ausgangslage. 

Wichtig ist die maximale Traglast, um ein Durchbiegen der Welle zu vermeiden. Durch Vorzentrierleisten kann der präzise Rundlauf der Papier- oder Folienrollen optimiert werden.


Mechanische und pneumatische Spannköpfe

Größere Materialrollen (Ballen) werden nicht über eine durchgehende Welle gelagert, sondern zwischen zwei Spannköpfen fixiert. Dabei ist die Kraftübertragung auf den Kern des Wickelgutes besonders wichtig. 

Spannköpfe besitzen konische Spannkeile, die entweder mechanisch oder pneumatisch nach aussen gedrückt werden. Dabei verspannen sie sich durch Selbsthemmung im Papier- oder Kunststoffkern und können das erforderliche Drehmoment übertragen.

Die Druckluftzuführung bei pneumatischen Spannköpfen kann wahlweise über die Welle oder radial am Spannkopf erfolgen.

Spannköpfe werden abhängig von der verwendeten Maschine und dem maximal vorkommenden Rollengewicht ausgewählt. In vielen Fällen steht eine  Ausführung in Aluminium oder Stahl zur Verfügung.


Ober- und Untermesser bei Rundmessern

Die tellerförmigen Obermesser (Tellermesser) und die ringförmigen Untermesser (Schneidbüchsen) ergeben in ihrem Zusammenspiel einen kontinuierlichen Scherenschnitt.

Während die scharfe Klinge im Obermesser sitzt, liegt diese an der scharfen Schneidekante des Untermessers. Durch das Andrücken der Obermesser an die Untermesser erzielt man einen nahe 90° liegenden Schneidwinkel. Damit lassen sich sehr exakte und gerade Schnitte in Papier und Folien erzeugen.

Da diese Produkte einem permanenten Verschleiß unterliegen, müssen vor allem die Obermesser regelmäßig nachgeschliffen und/oder ersetzt werden. Bei Beschädigungen der Schneidkante kann es zu erheblichen Problemen mit dem Schneidgut kommen (z.B. Einreißgefahr). Solche Messer sollten sofort ausgetauscht werden.


Quetschmesser

Im Gegensatz zum kontinuierlichen Scherenschnitt bei Obermesser und Untermesser ist beim Quetschmesser nur eine Schneide im Einsatz. Sie wird mit hohem Druck durch das Schneidgut auf eine Gegenwelle gedrückt.

Der wesentliche Vorteil von Quetschmessern ist die sehr kurze Einrichtzeit. Man kann sehr schnell von einem Auftrag umrüsten auf den nächsten und vermindert damit Stillstandszeiten.

Durch die Schnitttechnik ist die Anwendung von Quetschmessern jedoch auf bestimmte Materialien beschränkt (Sauberkeit der Schnittkante). Typische Anwendungen sind das Schneiden von Textilien, Schmirgel, Vlies, Tissue, Gummi und auch Klebebänder.

Neben durchgehend schneidenden Messern sind auch Perforierquetschmesser und Profilquetschmesser einsetzbar. Auch das Rillen von Material ist durch nicht komplett durchgehende Quetschmesser möglich.

Die Gegendruckwelle ist meist aus chromlegierte Werkzeugstähle für lange Standzeiten.


Obermesserhalter

Bei dem rotierenden Scherenschnitt der Kreismesser kommt es darauf an, dass die tellerförmigen Obermesser exakt zu den Untermessern fixiert sind. Um ein gutes Schneidergebnis zu erzielen, werden die tellerförmigen Obermesser mit Druck an die Untermesser angelegt. Die Obermesserhalter übernehmen dabei die Aufgabe, die Messer mechanisch fest mit der Messerwelle zu verbinden. Eingearbeitete Federelemente erzeugen einen gleichmäßigen Andruck des Obermessers auf der unteren Schneidhülse.

Man unterscheidet bei den Obermesserhaltern eine Exzenterbefestigung, die mit einem Schlüssel mechanisch verspannt werden. Daneben gibt es die Befestigung durch Stellschrauben, Innenringbefestigung und frei einrastende Obermesserhalter. Zur Festlegung der Schneidbreite können Abstandshalter zwischen den Messerhaltern eingesetzt werden. Alternativ sind auch automatisch verfahrende elektromechanische oder pneumatische Messerhalter einsetzbar, die per Programmierung an ihre vorgesehene Position fahren und dort fixiert werden.


Stanzdruck (Stanztechnik) - Stanzplatte

Der benötigte Stanzdruck ist von mehreren Parametern abhängig wie zum Beispiel 

  • Zu stanzendes Material

  • Materialstärke

  • Materialhärte

  • Kontur und Anzahl der Stanzlinien

  • Stanzfläche

und einige weitere Einflussfaktoren. Meist wird jedoch der erforderliche Stanzdruck durch den Werkzeugmacher (z.B. Bandstahlschnitt, Rotationsstanzen) vorgegeben.

Als Gegendruckplatte (Stanzunterlage) bei Hubstanzen sind Materialien wie Hartpapiere Pertinax oder Buntmetalle wie Aluminium oder Messing im Einsatz. Sie gewährleisten ein gutes Stanzergebnis bei gleichzeitig geringstmöglicher Beschädigung der empfindlichen Schneidkante.


Hubstanzautomaten

Hubstanzen sind diskontinuierlich laufende Stanzmaschinen. In einer Werkzeughalterung (Stanzplatte) wird das Stanzwerkzeug eingespannt. Durch Absenken des Werkzeugs auf das darunterliegende Stanzgut wird gestanzt. Dabei unterscheidet man das Anstanzen (Kiss-Cut) und das Durchstanzen (Die-Cut) des StanzMaterials. Nach dem Stanzvorgang fährt die Werkzeughalterung wieder nach oben. Nun wird durch einen Vorschub das nächste Material in den Stanzbereich geführt (dieser "Vorschub" kann auch ein händisches Einlegen sein). Durch Ungenauigkeiten im Vorschub entstehen Rapport-Unterschiede. Zudem ist das Hubstanzen durch den diskontinuierlichen Stanzprozess relativ langsam. Dafür sind die Werkzeuge meist deutlich günstiger wie beim Rotationsstanzen.

Je nach Produktions- und Budgetanforderung kommen mechanische und hydraulische Stanzautomaten in Frage. Während mechanische Hubstanzen mit Knickstock-Antrieb vergleichsweise schnell arbeiten können, bauen hydraulische Stempelantriebe erheblich mehr Kraft auf, was für dicke Materialien und/oder große Stanzformate mit vielen Stanzlinien vorteilhaft ist.


Kiss-Cut und Die-Cut (Anstanzen, Durchstanzen)

In der Stanztechnik unterscheidet man grob zwei Verfahren: das komplette Herausstanzen aus einer Materialbahn und das partielle Stanzen bis zu einer vordefinierten Stanztiefe.

Der Grund für die beiden unterschiedlichen Stanzverfahren ist, dass man z.B. bei Dichtringen aus Gummimatten diese als lose Teile benötigt. Dagegen müssen Rollenetiketten auf einem Trägermaterial sein, damit man sie z.B. in einem Etikettierautomaten verwenden kann. Es gibt also unterschiedliche Anwendungen, die jeweils angepasste Stanzverfahren benötigen.

Bei dem Durchstanzen (die-cut) entsteht häufig das Problem, das herausgestanzte Material aus dem Werkzeugbereich zu transportieren. Dazu gibt es verschiedene Verfahren, die wir Ihnen gerne erläutern.

Angestanzte (kiss-cut) Etiketten und Formstanzteile sind meist selbstklebend. Die Stanzmesser dringen nur durch das Deckmaterial (z.B. bedruckte PE-Folie) und den Klebstoff, jedoch nicht durch das darunter liegende Silikonpapier. Da bei diesem Aufbau meist eher dünne Materialien bearbeitet werden, muß der Stanzvorgang Mikrometer genau ausgeführt werden. Stanzt man zu tief und beschädigt die Silikonisierung des Trägers kann sich der Klebstoff-Film mit dem nicht silikonisierten Material darunter verbinden. Stanzt man nicht tief genug, durchtrennt man die Klebstoffschicht oder gar das Deckmaterial nicht. Beide Fehler führen zu Verarbeitungsproblemen.


Laminieren

In der Laminiereinheit oder auf größeren Laminatoren werden häufig nicht klebende Folien (Papier, Textilien, Gummi) mit einer selbstklebenden Folie oder einem Transferkleber (reine Kleberschicht ohne Träger) zusammen gebracht.

Wichtig bei diesem Vorgang ist, ohne Verzug und blasenfrei zu arbeiten, was über Bahnspannung und planparallele Ausrichtung der Laminierwalzen erreicht wird. 

Das Laminieren mit doppelseitig klebenden Klebebändern oder trägerlosen Transferklebebändern ist eine sehr verbreitete Methode, um z.B. bedruckte Etikettenfolien selbstklebend auszurüsten.

Es können aber auch z.B. Schutzfolien auflaminiert werden oder zwei Produkte wie RFID-Tags auf der Rolle und passende Hartfolienträgern miteinander kombiniert werden.


Flachstanze

Das Flachstanzen ist die älteste Methode, Formen aus einem bahnförmigen Material heraus zu stanzen. Mit Lochstanzen arbeitete man bereits im alten Griechenland und davor.

Bei heutigen Flachstanzen handelt es sich um eine Maschine, bei der ein Stanzwerkzeug (Stanzblech, Bandstahlschnitt) per Hub in das zu stanzende Material eindringt und dann wieder herausfährt. Durch die entsprechende Mechanik sind dabei sehr hohe Stanzkräfte erzielbar. Der Vorgang ist diskontinuierlich, dass zu stanzende Gut muss für den Arbeitsschritt in der Position fixiert werden. Der Vorschub erfolgt meist durch angetriebene Gummiwalzen oder einen Vorschubrahmen (Vorschubeinheit, Zangenvorschub). Je nach benötigter Passergenauigkeit sind unterschiedliche Verfahren im Einsatz.

Die Stanzungen können bei gut ausgerichteten Maschinen sehr exakt und präzise sein. Insbesondere Kiss-Cut Stanzungen (also nur ein Teil des Materials wird gestanzt) von z.B. Etiketten lassen sich damit gut realisieren. Aber auch harte und sehr stabile Produkte wie Feinbleche, PMMA, Textilen oder Leder können gestanzt werden. Der Antrieb der Hubstanze erfolgt meist über einen hydraulischen Stempel oder einen Exzenter.