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Locher 21.07.2009, 09:18

Locher, Schemazeichnung (Ausschnitt)

Auch wenn man es ihm nicht sofort ansieht: Die Achsen des Papierlochers bieten Lehrern und anderen Liebhabern der Geometrie einige Möglichkeiten, sinnvoll mit Geodreieck und Zirkel umzugehen.

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  • (geändert: )

Gibt es bei Papierlochern etwas Neues? 

Locher

Locher? »Ein Locher ist ein Locher, da gibt es nichts Neues«, wird man vermuten. Trotzdem: Im N+T-Unterricht könnte er als leicht beschaffbares Gerät mit seiner nicht ganz uninteressanten Mechanik gute Dienste tun. Sehen wir ihn doch einmal an.

Man drückt auf den Hebel, spürt dabei den Widerstand einer Schenkelfeder, und die beiden Lochstempel verschwinden im Lagerbock nach unten; ein letzter verstärkter Hebeldruck und in den Klassensatz sind die Löcher gestanzt. Nur die Konfetti in der Auffangschale zeugen von dem rohen Werk. Unter dem Federdruck schnappt der Druckhebel nach oben und der Locher ist für neue Arbeit bereit.

Aufbau eines großen Papierlochers

Studieren wir den Mechanismus genauer, dann entdecken wir zwei quer durch den Locher gehende Achsen, die Lagerachse A1 und die Druckstange A2. In der Lagerachse ist der bewegliche Druckhebel gelagert und die Druckstange drückt die beiden Lochstempel mit ihren keilförmigen Schneiden nach unten. Was die Zeichnungen nicht zeigen: Die Lochstempel sind in Laschen eingehängt, die die Lochstempel beim Hochgehen des Hebels mit nach oben ziehen und gleichzeitig die waagrechte Wegkomponente von A2 ausgleichen. (Die Fachsprache bezeichnet die Lochstempel auch als »Lochpfeifen«).

Wir richten unser Augenmerk nur auf die Achsen- und Stempelsituation und überlegen, wie die vier Teile zusammenarbeiten. Dabei gehen wir davon aus, dass sich der Hebel bis zu seinem Anschlag um 55° nach unten schwenken lässt.

Achsen- und Stempelkonstruktion in einem großen Papierlocher

Locher Vorzeichnung

Drei Konstruktionsaufgaben

Wir verwenden die auf die Achsen reduzierte Vorzeichnung. Deren Maße sind doppelt so groß gezeichnet wie am Locher gemessen, damit das Konstruieren einfacher wird.

Zeichnen Sie ein bzw. konstruieren Sie

a) die Linie, die die Druckstange A2 beim Herabdrücken des Hebels beschreibt

b) die Stellung von A2, wenn die Unterkante des Lochstempels S auf Schlitzmitte steht

c) die Stellung von A2, wenn der Druckhebel um 55° nach unten geschwenkt ist.

(Zusatzfragen:

d) Was wäre, wenn der Hersteller A2 und S in Ruhestellung genau untereinander platzieren würde? Zeigen Sie die Auswirkung mit einer weiteren Konstruktionszeichnung.

e) Ermitteln Sie zeichnerisch die am Stempelkopf entstehende waagrechte Kraftkomponente, wenn die Druckstange den Stempel wie in Aufgabe a) unter 30° und mit 120 N belasten würde.)

Lösungen

Locher Loesungen

(Antwort auf die Zusatzfrage:

d) Dann würde A2 durch seine Wanderung nach rechts nicht mehr satt auf den Stempelkopf drücken und sich etwa in Mitte des Stempelwegs verkanten.

e) Siehe Skizze: 

Kräfte am Stempel eines Papierlochers

Zum Thema »Technik des Alltags« schlägt der tec.LEHRERFREUND weitere Projekte vor:

- Mobile im Gleichgewicht
- Papierlocher
- Spanngurt mit Spannschloss
- Flasche verschließen mit mehrgängigen Gewinden
- Was ist ein guter Zirkel?
- Alter Schiffskran
- Druckknopf
- Wie funktioniert ein Kugelschreiber?
- Seifenspender
- Regenschirm
- Einsteckschloss
- Umschaltknarre
- Saiten spannen
- Reißverschluss
- Wasserventil
- Schnappverschluss
usw.

Ergänzung

Semesterarbeit Steffi (siehe Kommentar 18. 12. 2009) - Zum Vergrößern Klick aufs Bild, dann rechte Maustaste + "Grafik speichern unter".

Bohrlocher_440.png

tec.LF-Leserin Steffi erhielt als Semesterarbeit die Aufgabe, einen Locher für 500 Blatt Papier zu konstruieren. Der Locher soll den Blattstapel nicht stanzen, sondern bohren.

Wie bei allen technischen Problemstellungen gibt es auch hier verschiedene Lösungsmöglichkeiten. Der tec.LF-Vorschlag als Prinzipskizze: Antrieb mit Handbohrmaschine. Weiterleitung der Drehbewegung über Zwischenrad-Getriebe, damit beide Bohrer in der gleichen Richtung drehen. Bohrervorschub über Handhebel.

Das Projekt stellt sicher eine reizvolle Konstruktionsaufgabe dar, lässt aber bei näherem Hinsehen Fragen offen: 
- Marktchancen: Hätte ein solcher Locher Marktchancen? Wahrscheinlich nicht, denn er würde ziemlich teuer.
- Bohrer: Die Bohrer können nur Werkzeuge aus der Holz- oder Kunststoffbearbeitung sein. Dort sind hohe Drehzahlen üblich; die Drehzahl der Bohrer hier müsste bei schätzungsweise 2000 1/min liegen, um saubere Bohrlöcher zu erzeugen.
Dann: Funktioniert bei dem dicken Papierstapel die Spanabfuhr? Wenn die Bohrer heiß werden, ist wegen des Papiers keine Kühlung möglich.

Ergänzung

Kommentar Martin am 19.05.2010

Lochstempel fest und demontierbar

 

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Kommentare

20

Zum Artikel "Locher".

  • #1

    Danke für ihre schnelle Antwort !

    Ich denke, dass dieser Versuch dann doch für unsere Verhältnisse zu aufwendig ist, weil das ein kleines Projekt sein soll, wo wir in 4 Stunden recherchieren eine Lösung finden sollen und keinerlei Labor/Versuchsmaterial haben und jediglich die Aufgabenstellung “Locher für min. 20 Blatt 100g/qm Papier”
    Ich denke, wir werden uns einfach anhand von anderen Lochern orientieren und diese leicht verbessern wie z.B. den Hebelarm..

    schrieb Lennard Kaster am

  • #2

    Hallo Lennard,

    um die Scherfestigkeit von Papier zu ermitteln, bedarf es einer aufwändigen Versuchsanordnung. Ich könnte mir ein einfacheres System vorstellen: einen Handlocher. Ich habe es ausprobiert.
    Man stellt den Locher auf eine Küchenwaage mit 2000 gr. Messbereich und locht nacheinander 4, 8, 12, 16, 20 Blätter, und notiert die gemessenen Werte. Daraus zeichnet man eine Kurve mit den Ordinaten Lochkraft (senkrecht) und Blattzahl. Das wird eine von links unten nach rechts oben ansteigende Kurve ergeben. Dabei bleibt die Reibung leider ein schlecht abzuschätzender Störfaktor.
    Daraus kann man die Lochkraft pro Blatt ermitteln, was für Ihr Anliegen ausreichen müsste.
    Allerdings gibt es noch ein Problem zu bewältigen: Die Lochkraft wird von den Federkräften überlagert, die bei etwa 2 kg liegen. Lösung: Einen Locher opfern und die Federn herauszwicken.

    Gruß
    tec.LF

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #3

    Hallo tec.LF !
    Auch ich hätte eine Frage zu einer Spezialkonstruktion, allerdings müssen wir unseren Locher mit einer angeblich genormten Griffkraft betätigen und dieser soll min. 20 Blätter von 100g/qm Papier stanzen..

    Sowas zu entwickeln ist nicht schwer, allerdings müssen wir das auch alles berechnen und begründen.
    F = S * Scherfestigkeit
    Allerdings hab ich hier keine Ahnung, was die Scherfestigkeit von dem Papier ist..

    S = l * t
    = pi * d * t
    = 3,14 * 5,5mm * (0,1mm * 20 )
    = 34,56mm^2

    Kannst du uns da vielleicht weiterhelfen, wie groß die Kraft sein muss, um 20 Blätter von 100g/qm Papier zu lochen mit einem Durchmesser von 5,5mm ? und natürlich 2 Löcher ?

    schrieb Lennard am

  • #4

    Hallo Manni als Manfred,

    für ganz ganz dünne Bleche könnte man sich einen Papierlocher zur Not vorstellen, aber er wird es auch dann nicht lange durchhalten. Also: Bleiben Sie beim Papierlochen! Oder erfinden Sie eine Blechstanze, bei der die Lochstempel
    a) anders aussehen müssen, und
    b) aus einem verschleißfesteren Material sind.

    Gruß
    tec.LF

    schrieb Der Lehrerfreund am

  • #5

    Hallo Allwissender,
    ich bins, Manni das Manfred.

    Ich habe ein Problem. Mein Locher kann kein Stahl lochen.
    Liegt es vielleicht an der durchgelutschten Feder?
    Oder vielleicht doch daran, dass der Lagerblock voll ist?
    Ich bitte um eine schnelle Antwort.

    MfG Manni das Manfred.

    schrieb Manni das Manfred am

  • #6

    Hallo Peter,

    da der tec.LF mit seinem ursprünglich Beitrag nicht vorhatte, Spezial-Papierlocher zu entwickeln, überfordern ihn Ihre Fragen ein bisschen.
    Trotzdem: Falls hinter der ganzen Konstruktionsproblematik nicht undurchsichtige e-Funktionen oder Ähnliches lauern, würden
    – 80 Blätter gegenüber 40 Blättern das Doppelte an Stempelkraft, also 2 x 360 daN bedeuten. Um diese Kraft zu erreichen, wäre, wie Sie richtig annehmen, ein Hebelverhältnis von 18:1 nötig.
    – 4 Stempel anstelle von zweien nochmals die doppelte Stempelkraft erfordern, und damit auch das doppelte Hebelverhältnis, also 36 : 1.
    Der unter Kommentar #5 genannte Bürolocher schafft dies offensichtlich, wobei wir leider nicht wissen, welche Hebelmechanik sich die Erfinder dieses Lochers haben einfallen lassen.

    Was die im tec.LF-Beitrag vernachlässigte Stempelreibung betrifft, bitten wir Sie, den Versuch selbst durchzuführen: Sie lochen 80 Blätter, bringen sie sauber übereinander, stecken einen Bohrer mit dem Stempeldurchmesser hinein, und drücken ihn mit einer Personenwaage durch. Die Anzeige der Waage entspricht der Reibungskraft pro Loch.

    Mit den besten Grüßen
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb Der Lehrerfreund am

  • #7

    Hallo tec.LEHRERFREUND!

    Wir möchten einen Locher konstruieren, der mind. 80 Blatt lochen kann. Dieser soll wahlweise 2 oder 4 Löcher lochen.
    Wie in obigem Kommentar 2 nachzulesen, würde ein Locher der 2 Löcher stanzt für 80 Blatt 720daN Stempelkraft erfordern. Mit einer Druckkraft von max. 45daN würd dies ein Hebelverhältnis von 16:1 bedeuten.
    Unsere Frage: kann bei einer 4-fach Lochung einfach von einer resultierenden Stempelkraft von 1440daN ausgegangen werden (das Hebelverhältnis wäre somit 32:1) und lässt sich dies theoretisch realisieren? Bei dieser Rechnung wurden zusätzlich auftretende Reibkräfte vernachlässigt; wie stark ist die Realität dadurch verfälscht?

    Vielen Dank!
    Gruß Peter

    schrieb Peter am

  • #8

    Hallo Noel,

    Sie scheinen auf der Seite
    https://www.lehrerfreund.de/technik/1s/papierlocher-uebung-zur-culmann-geraden-2/3985
    zu sein. Dort finden Sie einen Lösungsvorschlg für bestimmte Kräfte. Nehmen Sie bitte diese Lösung - aber mit Ihren Kräften.
    Für die Dimensionierung der Rückholfeder müssten Sie Informationen zur Reibung an den Stempeln und zu den Hebelabständen usw. haben - eine sicher nicht einfache Berechnung.

    Grüße
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec. LEHRERFREUND am

  • #9

    Hallo,
    ich muss die Punkte A,B,C,D,E siehe bild oben, die auftreteden Kräfte. Die Rückholfeder Demensonieren.
    Danke

    schrieb Noel am

  • #10

    Hallo Noel,

    die Bitte lässt trotz einiger Zahlen offen, was Sie genau wissen möchten.
    (Übrigens: Herzlichen Glückwunsch zum baldigen Namenstag).

    Gruß
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec. LEHRERFREUND am

  • #11

    Hi leute,
    ich muss als Projekt ein Papierlocher Berechnung unter der Voraussetzung, dass bei einer Handkraft von nicht mehr als 50 N 10 Blatt Papier gleichzeitig gelocht werden. Die Abscherspannung pro Blatt Papier beträgt 20N/mm2. Der Stemel hat einen Durchmesser von 5 mm..

    bitte um rechnerische HILFE!! danke im vorraus..

    schrieb Noel am

  • #12

    Hallo Martin,

    wir haben vorhin übersehen, dass Sie Löcher nicht mit 3,5mm x 3,5mm sondern mit 3,5cm (Zentimeter!!) stanzen wollen. Meinten Sie tatsächlich Zentimeter?
    Falls Sie 35 mm-Durchbrüche produzieren wollen: Sie wären dann bestimmt jenseits aller Lochermöglichkeiten und Sie müssten sich ein ganz neues Lösungskonzept überlegen.

    Gruß
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #13

    Hallo Martin,

    abgesehen von der Überlegung, welchen Vorteil ein quadratisches Loch gegenüber einem runden wohl haben könnte, macht der tec.LF diesen Vorschlag:

    Den Stempelschaft zylindrisch lassen und den eigentlichen quadratischen Lochstempel anfräsen.
    Denkbar wäre auch ein einsetzbarer Lochstempel. Nachteil: Kostspielig.

    Gruß
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #14

    Hallo tec. Lehrerfreund,

    auch ich hätte eine Frage zum Thema Lochen. Wie müsste der Lochstempel (oder das Schneidewerkzeug) aussehen, wenn ich quadratische Löcher zum Beispiel in der Größe 3,5 * 3,5 cm in einem Papierstapel von 100 Blatt normales Papier lochen (oder spricht man dann von schneiden) möchte?

    Grüße Martin

    schrieb Martin am

  • #15

    Hallo Eva,

    http://www.buerolocher.biz/ führt den Locher leider nicht mehr. Wir hätten ihn - wenn nicht zu teuer - gerne erstanden, um nachzusehen, wie er funktioniert. Der Beschreibung nach besitzt er eine sicher pfiffige Hebelübersetzung, die das Lochen entsprechend erleichtert.
    Ob das Material, also die Stempel ( d = 5,5 mm) der Lochkraft standhalten? Wenn die angenommenen 4500 daN Stanzkraft stimmen, entsteht eine Druckspannung von etwa 1000 N/mm2: Ein hochfester Stahl hält das aus.
    Gruß
    tec.lehrerfreund

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #16

    Hallo,

    in den letzten Tagen bin ich auf euere Diskussion bezüglich des Lochers mit 500 Blatt gestoßen. ALs ich mich dafür weiter interessiert habe, bin ich auf einen Bürolocher “Der Powerlocher - König unter den Lochern” gestoßen, welcher bis zu 520 Blatt lochen soll (http://www.buerolocher.biz/). Nun frag ich mich, wie dieser Locher rein mechanisch funktionieren soll - etwa so wie in der Skizze oben mit der Handbohrmaschine? Außerdem frag ich mich wie viel Kraft man benötigt wenn man den Hebel nach unten drückt um die 500 Blatt zu lochen? Und als letztes is mir noch die Frage gekommen, wie man eigentlich darauf kommt, dass das Material beim Lochen stand hält?

    Viele Grüße

    Eva

    schrieb Eva am

  • #17

    Hallo Steffi,

    wir haben einen Vorschlagsentwurf angehängt.
    Beim Bohren entstehen bei Weitem keine 4500 daN; das kann man z. B. beim Bohren von Stahl studieren.
    Die Idee mit dem Knopfdruck-Vorschub ist Klasse, aber wahrscheinlich unbezahlbar.
    Gruß
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #18

    Danke für Ihre schnelle Antwort. Wir müssen nämlich für unsere Semesterarbeit einen 500 Blatt Locher konstruieren! Braucht der Locher wenn ich das Papier mit einem motorbetriebenen Bohrer durchbohre auch 4500daN? Oder ist das ein Unterschied ob ich stanze oder bohre? Hättet Ihr vielleicht auch eine Skizze wie die motorbetriebenen Bohrer (wie sind die zwei Bohrer miteinander verbunden, wie könnten die Zahnräder verlaufen)ungefähr aussehen könnten? Hätte mir vielleicht überlegt dass die Bohrer per Knopfdruck nach unten fahren und so das Papier durchbohren.Wäre mir eine große Hilfe.

    Lg Steffi

    schrieb Steffi am

  • #19

    Hallo Steffi,
    der hier vom tec.LF vorgestellte Locher erlaubt das Lochen von 40 Blatt und arbeitet mit einem Hebelverhältnis von etwa 9 : 1.Wir haben den Versuch durchgeführt: Die erforderliche Stempelkraft war (bei 80-Gramm-Kopierpapier) etwa 360 kg = 360 daN. Der doppelte Stapel würde die doppelte Stempelkraft erfordern - zusätzliche Reibkraft nicht berücksichtigt. Hoch gerechnet sind für 500 Blatt 4500 daN (= 4,5 Tonnen!) nötig. Ihre Hand wird kaum mehr als 45 daN verkraften. Dann bräuchten Sie ein Hebelverhältnis von 4500 daN : 45 daN = 100 :1. (Daraus ergibt sich die ernsthafte Frage: Verkauft tatsächlich jemand mechanisch arbeitende 500-Blatt-Locher? Wir haben keinen gefunden.)
    Gruß
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #20

    Hallo!

    Habe eine Frage! Wieviel Kraft muß ich aufwenden um mit einem 500 Blatt Locher das Papier zu stanzen? Auch mit dem Lastarm gibts Probleme… wenn man den Hebel mit dem Arm betätige wieviel Newton sind das?

    Lg

    schrieb Steffi am

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