Der Einfluss der Schneidlage auf den effektiven Keilwinkel des Messers - eine methodische Untersuchung an Schnellschneidern

Papier, Pappe und andere artverwandte faserartige Stoffe werden im industriellen Verarbeitungsprozess mit Schnellschneidern zugeschnitten. Die Wirkprinzipien und der grundsätzliche Aufbau der Schnellschneider haben sich seit den 30er Jahren nicht geändert. Heutzutage ist die Produktivität der Betriebe gestiegen, und Schnellschneider werden im Mehrschichtbetrieb eingesetzt. Die Anforderungen an Genauigkeit, Produktivität, Leistung der Schnellschneider, wie auch an die Standzeit der Messer sind gewachsen. Um Schnellschneider an die höheren Anforderungen anzupassen, ist ein gerichteter Entwicklungsprozess notwendig. Dieser beginnt mit verlässlichen Messdaten, um den mechanischen Prozess während des Zuschneidens zu beschreiben. Diese Arbeit liefert einen Beitrag, um das grundsätzliche Verständnis für den Schneidprozess von faserigem Material zu erweitern. Es wird ein Laborplanschneider vorgestellt, der mit hochpräziser Messtechnik ausgestattet wurde. Eine Methode wird entwickelt, die zusammen mit der Messtechnik belastbare Messdaten für die Kräfte und Bewegungen, die beim Zuschnitt von Schneidlagen auftreten, liefert. Die Auswertung der Messdaten wird vorgestellt und ein Schnitt anhand der Messdaten analysiert. Zudem wird die Presskraftverteilung vor und nach dem Schnitt in der Schneidlage ermittelt. Die beim Schneiden verrichtete Arbeit wird mit umfangreichen Messreihen, bei denen sowohl das Schneidgut, wie auch die Schnittwinkel des Messers, variiert werden, beschrieben. Mit den so gewonnenen Daten wird ein geometrisches Modell entwickelt. Dieses soll den Einfluss des Schneidgutes, in Art und Form, auf den effektiven Keilwinkel des Messers nachweisen. Die Literatur geht bisher davon aus, dass nur die Bewegungskomponenten des Messers für die Ausprägung des effektiven Keilwinkels am Messer ausschlaggebend sind. Der Keilwinkel beschreibt die „Schärfe“ des Messers. Mit der getätigten Messreihe, wie auch einem gesondert ausgewählten Papier und einer erweiterten Messreihe, wird das geometrische Modell verifiziert. Die in dieser Arbeit entwickelte Methode und das geometrische Modell tragen dazu bei, das grundsätzliche Verständnis für den Schneidprozess zu erweitern.

Paper, cardboard and other fibrous materials are cut by means of high-speed guillotines within the industrial manufacturing process. The working principles and the fundamental setup of the guillotines have not changed since the nineteen-thirties. Nowadays, due to the increased productivity of the companies, guillotines are used in multi-shift operations in industrial applications. The requirements on accuracy, productivity, performance of guillotines as well as on lifetime of knives are higher as well. To adjust high-speed guillotines to the increasing requirements, a structured development process is essential. The base is formed by means of reliable measurement data for describing the mechanical process while performing a cut. This work helps to increase the understanding of the fundamental knowledge of cutting fibrous material. A laboratory guillotine equipped with high-precision measurement technique is introduced. A method is developed for gaining resilient measurement data of the movements and forces appearing while cutting a stack of paper. Analysis of measurement data is presented and one cut is analyzed by using the measurement data. Besides that, the distribution of the clamping force in the stack before and after the cut is determined. The performed work of the knife will be described on the basis of series of measurements. The variable parameters are the cutting angle of the knife as well as the paper for the cut. The data collected this way is the basis for developing a geometrical model. The model should show the influence of the material to be cut, in type and shape, for the resulting angle of the wedge edge of the knife. So far, literature assumes that only the moving directions of the knife influences the resulting angle of the wedge edge of the knife. The latter describes the “sharpness” of the knife. The geometrical model is verified by means of the performed series of measurements as well as a specially selected paper and an extended series of measurements. The method and the geometrical model developed in this work expand the understanding of the cutting process.