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Die
Erfindung betrifft eine Rotationsdruckmaschine mit mindestens einem
Zylinderpaar, bei dem ein von einem Einzelantrieb angetriebener
Zylinder mit einem zweiten Zylinder, der einzeln oder über einen
Zahnräderzug
von einem zweiten Antrieb angetrieben wird, gleichzeitig über einen
annähernd schlupffreien
Oberflächenkontakt
und einen Schmitzringkontakt reibschlüssig verbunden ist.
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Die
einzelnen Zylinder bzw. Trommeln einer Rotationsdruckmaschine werden über mindestens einen
Hauptantrieb und einen durchgehenden Antriebsräderzug angetrieben, um deren
winkelsynchrone Rotation zu gewährleisten.
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Zur
Reduzierung von Rüstzeiten
ist es bekannt, insbesondere den Plattenzylinder zumindest temporär aus dem
Antriebsräderzug
herauszulösen und
mit einem Einzelantrieb anzutreiben. Auf diese Weise wird beispielsweise
die gleichzeitige Durchführung
des Plattenwechsels oder der Bebilderung der Druckform in allen
Druckwerken der Rotationsdruckmaschine ermöglicht.
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Zur
Gewährleistung
der Synchronität
zwischen den einzeln angetriebenen Zylindern und den weiteren vom
Antriebsräderzug
angetriebenen Zylindern während
des Druckbetriebes sind verschiedene Lösungen bekannt.
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Aus
der
EP 0834398 A1 ist
es bekannt, zwischen Gummituchzylinder und Plattenzylinder eine Kupplung
vorzusehen, um den Plattenzylinder nur zeitweise für den gemeinsamen
Plattenwechsel aus dem Antriebsräderzug
auszugliedern und separat anzutreiben.
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In
der
EP 0812683 A1 ist
eine Antriebsvariante für
Plattenzylinder mit permanenten Einzelantrieben beschrieben, wobei
auch im Druckbetrieb keine Verbindung zwischen den vom Hauptantrieb über den
Antriebsräderzug
angetriebenen Zylindern und den einzeln angetriebenen Plattenzylindern
besteht. Die Synchronität
zwischen Plattenzylindern und Antriebsräderzug wird durch eine elektronische
Winkellageregelung mittels Drehwinkelgeber gesichert.
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Aufgrund
von stets vorhandenen Lastschwankungen/Schwingungen im Antriebsräderzug und
an den Einzelantrieben – verbunden
mit Schwankungen der Rotationsgeschwindigkeit – ist eine ausschließlich elektronische
Synchronisierung von mit verschiedenen Antriebsmotoren angetriebenen
Zylindern problematisch und Gegenstand zahlreicher Veröffentlichungen.
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Eine
relativ einfache Variante zur Synchronisierung wird durch die Kombination
von elektronischer und mechanischer Synchronisierung möglich.
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Aus
der
DE 103 27 423
A1 ist eine Kombination einer elektronischen Regelung mit
einer mechanischen Kopplung über
Schmitzringe zur Synchronisierung benachbarter Zylinder mit Einzelantrieben bekannt.
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Schmitzringe
besitzen gehärtete
Laufflächen mit
genau tolerierten Durchmessern und sind seitlich an den benachbarten
Zylindern angeordnet. Sie dienen zur Aufrechterhaltung eines konstanten
Zylinderabstandes bei flexiblen Zylinderoberflächen (Plattenzylinder/Gummituchzylinder),
so dass sich zwischen den aufeinander abrollenden Zylinderoberflächen eine
vorgesehene Druckpressung einstellt.
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Die
Schmitzringe werden gemäß
DE 103 27 423 A1 zusätzlich zur
Reduzierung von hochfrequenten Drehwinkelasynchronitäten beispielsweise
infolge von Kanalschlägen
genutzt. Dazu werden die zusammenwirkenden Schmitzringe mit ungleichen Durchmessern
ausgestattet und die hochfrequenten Drehwinkelabweichungen des einzeln
angetriebenen Zylinders über
gezielten Schlupf zwischen den normalerweise schlupffrei aufeinander
abrollenden Schmitzringen in einen Drehmomentengleichanteil mit
niederfrequenten Störanteilen
transformiert, die mit der elektronischen Regelung kompensiert werden
können.
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Aus
der
DE 199 27 555
A1 ist die Verwendung von Schmitzringpaarungen mit unterschiedlichen
Durchmessern für
den inneren Leistungsausgleich zwischen zusammenwirkenden, einzeln
angetriebenen Zylindern mit Abwicklungsunterschieden bekannt. Durch
Veränderung
des Anpressdruckes zwischen den Schmitzringen kann das darüber übertragene
Kompensations-Drehmoment fortlaufend an die auszugleichende Leistungsdifferenz
zwischen den Einzelantrieben der zusammenwirkenden Zylinder angepasst
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Nutzung von Schmitzringpaarungen
die Wirtschaftlichkeit und das Betriebsverhalten von Einzelantrieben
zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Rotationsdruckmaschine mit den Merkmalen des
ersten Anspruchs gelöst.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass vorhandene Schmitzringe genutzt
werden und durch eine Erweiterung der Funktionalität der Schmitzringpaarungen
das von den Einzelantrieben aufzubringende Antriebsmoment minimiert
bzw. in seiner Richtung festgelegt werden kann. Dadurch sind Kosteneinsparungen
für die
Einzelantriebe erzielbar. Der Einzelantriebsmotor kann kleiner dimensioniert
werden, beansprucht weniger Bauraum und produziert weniger Verlustleistung.
Auch Regler, Kabel usw. können
entsprechend geringer dimensioniert werden.
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Wird
die Drehmomentflussrichtung zwischen den separat angetriebenen Zylindern
durch die Auslegung der Durchmesser der aufeinander abrollenden
Schmitzringe für
alle Betriebsarten eindeutig festgelegt, erübrigt sich u.U. ein Rückspeisegerät und die
Antriebsleistung des Hauptantriebes der Rotationsdruckmaschine kann
reduziert werden.
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Die
Erfindung soll an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Die dazugehörigen
Zeichnungen haben folgende Bedeutung:
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1a und 1b Darstellung
eines Ausschnittes aus einem Druckwerk einer Bogenoffsetdruckmaschine
mit einem Einzelantrieb an einem Plattenzylinder
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2a und 2b Schmitzringpaarung Plattenzylinder/Gummituchzylinder
für einen
motorischen Betrieb des Einzelantriebes
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3a und 3b Schmitzringpaarung Plattenzylinder/Gummituchzylinder
für einen
generatorischen Betrieb des Einzelantriebes
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Druckwerk
einer Bogenoffsetdruckmaschine mit einem Plattenzylinder 1,
der die Druckform trägt,
und einem das Druckbild von der Druckform auf den zu bedruckenden
Bogen übertragenden
Gummituchzylinder 2. Am Plattenzylinder 1 ist
ein Einzelantrieb 4 angeordnet, der den Plattenzylinder 1 separat
und unabhängig
von den weiteren Zylindern antreibt. Der Gummituchzylinder 2 ist über ein
Antriebszahnrad 3 auf der Gummituchzylinderwelle in einen
durchgehenden Antriebsräderzug
eingebunden, der in Verbindung mit einem oder mehreren Hauptantriebsmotoren
(nicht dargestellt) alle übrigen
Zylinder druckwerksübergreifend
synchron antreibt. Vom Antriebsräderzug
ist lediglich das Antriebszahnrad 5 des Druckzylinders
dargestellt. Der Gummituchzylinder 2 kann aber auch selbst
von einem Einzelantrieb angetrieben werden. Der Platten- und der
Gummituchzylinder 1,2 rollen mit ihren Oberflächen annähernd schlupffrei
aufeinander ab, um das Druckbild verzerrungsfrei von der Druckform
auf das Gummituch zu übertragen.
Das Verhältnis
der Winkelgeschwindigkeiten W2: W1 der aufeinander abrollenden Zylinder 1,2 ist
dabei durch das umgekehrte Verhältnis
der Zylinderdurchmesser D1: D2 festgelegt, wobei D1 und D2 im Falle
kompressibler Zylinderoberflächen
die Abrolldurchmesser sind: D1:D2 = W2: W1.
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Die
Synchronisierung der Rotation des Plattenzylinders 1 mit
der Rotationsbewegung des Gummituchzylinders 2 erfolgt über (nicht
dargestellte) Drehwinkelgeber und Antriebsregler für den Einzelantrieb 4 innerhalb
der Maschinensteuerung in bekannter Weise.
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Auf
beiden Seiten sind an den Zylindern 1,2 Schmitzringe
S1,S2 angeordnet, die paarweise im Oberflächenkontakt stehen. Deren wichtigste
Aufgabe besteht darin, über
ihre Durchmesser den minimalen Zylinderabstand vorzugeben und damit
die Einhaltung einer konstanten Eindrucktiefe der Druckform in das
kompressible Gummituch (Konstante Druckpressung) zu gewährleisten.
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Dafür ist das
Durchmesserverhältnis
DS1: DS2 der zusammenwirkenden Schmitzringe gleich dem Durchmesserverhältnis D1:
D2 der aufeinander abrollenden Zylinder bzw. gleich dem umgekehrten Verhältnis der
Winkelgeschwindigkeiten W2: W1 der Zylinder 1,2 zu
wählen.
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Die
Verhältnisse
der Durchmesser der zusammenwirkenden Schmitzringe DS1:DS2 sind
nun erfindungsgemäß vom Durchmesserverhältnis D1: D2
der Zylinder bzw. vom umgekehrten Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten
W2:W1 der Zylinder 1,2 abweichend so gewählt, dass über eine
Friktion bzw. einen Schlupf der Schmitzringe S1,S2 ein gewünschtes,
in Richtung und Betrag vorbestimmtes zusätzliches Drehmoment kontinuierlich
zwischen den beiden Zylindern 1,2 übertragen
wird.
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Der
Schlupf zwischen den Schmitzringoberflächen erfordert den Einsatz
von verschleißbeständigen Schmitzringoberflächen, wie
z.B. Hartmetall- oder Keramik-Beschichtungen.
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Zur Wirkungsweise der
erfindungsgemäßen Einrichtung:
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Wesentlich
für eine
hohe Druckqualität
ist das annähernd
schlupffreie Abrollen der Oberflächen von
Druckform- und Gummituchzylinder, um eine Verzerrung des Druckbildes
durch Abwicklungsdifferenzen zu vermeiden. Dies ist genau dann der
Fall, wenn kein Drehmoment über
den Oberflächenkontakt
der Zylinder 1,2 übertragen wird, d.h. wenn der Plattenzylinder 1 dem
Gummituchzylinder 2 synchron, d.h. ohne Differenz in der
Umfangsgeschwindigkeit, folgt.
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Der
Einzelantrieb 4 muss dazu ein Antriebsmoment liefern, das
die Verlustleistung bzw. Bremsmomente am Plattenzylinder 1 ausgleicht,
die infolge von Lagerreibung und Verformungsarbeit durch die lokale
Kompression des Gummituches an der Kontaktlinie der Zylinderoberflächen entstehen.
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Zur
Kosteneinsparung für
den Einzelantrieb 4 soll dessen Antriebsleistung minimal
sein. Antriebsregler und Kabel könnten
dadurch ebenfalls kleiner und kostensparend ausgelegt werden. Für den Einzelantrieb 4 steht
i.a. nur wenig Bauraum am Plattenzylinder 1 zur Verfügung, so
dass geringe Motorenabmessungen auch aus diesem Grund vorteilhaft sind.
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Erfindungsgemäß werden
nun Schmitzringpaarungen S1,S2 verschleißfest ausgestaltet und in einer
ersten Ausführungsform
(1a, 1b) dazu genutzt, um darüber das
sonst vom Einzelantrieb 4 aufzubringende Antriebsmoment
auf den Plattenzylinder 1 zu übertragen, wodurch eine Entlastung
des Einzelantriebes 4 erzielt wird.
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Das
zusätzliche
Drehmoment wird dadurch erzeugt, dass das Durchmesserverhältnis der Schmitzringe
am Platten- und Gummituchzylinder 1,2 DS1: DS2 < W2: W1 gewählt wird.
Ausgehend von der Vorraussetzung, dass die Zylinderoberflächen annähernd schlupffrei
aufeinander abrollen, bewirkt eine Verringerung des Schmitzringdurchmesserverhältnisses
DS1: DS2 eine höhere
Umfangsgeschwindigkeit des Schmitzringes S2 am Gummituchzylinder 2 gegenüber dem
Schmitzring S1 am Plattenzylinder 1. Weil die Zylinderoberflächen aufgrund der
Synchronisierung weiterhin annähernd
schlupffrei mit unveränderten
Winkelgeschwindigkeiten W1,W2 aufeinander abrollen, entsteht eine
Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten (Schlupf) zwischen den Schmitzringoberflächen, wobei
der Schmitzring S2 mit der größeren Umfangsgeschwindigkeit
durch Gleitreibung (Friktion) am Schmitzring S1 eine Schubkraft
und damit ein Antriebsdrehmoment auf den Plattenzylinder 1 und
damit auf den Einzelantrieb 4 überträgt.
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Die
Reibungskräfte
an der Kontaktstelle der Schmitzringe hängen dabei u.a. von der gewählten Materialpaarung,
von den bei der Fertigung der Schmitzringe gewählten Durchmessertoleranzbereichen
und von der vorgegebenen einstellbaren Schmitzringpressung, die
die resultierenden Andruckkräfte
der Schmitzringpaarung im Einbauzustand bestimmen, ab.
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Das
Durchmesserverhältnis
DS1: DS2 wird unter Berücksichtigung
der Reibungskoeffizienten und Andruckkräfte an der Schmitzringkontaktstelle insoweit
kleiner als das Verhältnis
der Winkelgeschwindigkeiten W2: W1 gewählt, dass das vom Gummizylinderantriebsrad 3 über die
Schmitzringe S1,S2 auf den Plattenzylinder 1 übertragene
Drehmoment der erforderlichen Antriebsleistung des Einzelantriebes 4,
die für
den Winkelsynchronlauf der Zylinder 1,2 erforderlich
wäre, näherungsweise
entspricht. Der Einzelantrieb 4 wird dadurch entlastet und
wird dann während
des Druckbetriebes nur noch zur kurzzeitigen Erzeugung von Beschleunigungs- oder
Bremsmomenten für
Drehwinkelkorrekturen benötigt
und kann dementsprechend klein dimensioniert werden.
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Das
zwischen dem Antriebsräderzug 5 und dem
Einzelantrieb 4 übertragene
Drehmoment ist dabei wesentlich größer als zufällig auftretende Friktionsmomente
zwischen den Oberflächen
der Zylinder 1,2.
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Bei
besonderen Druckmaschinenkonfigurationen oder bei Fehlen eines Hauptantriebes
für den Antriebsräderzug 5 ist
es erforderlich, über
die Einzelantriebe 4 Antriebsmomente in den Antriebsräderzug 5 einzuleiten.
In einer weiteren Ausbildungsform (2a, 2b)
des Erfindungsgegenstandes wird dazu das Durchmesserverhältnis DS1:
DS2 > W21: W1 gewählt, da
jetzt in umgekehrter Weise mit dem Einzelantrieb 4 ein
Drehmoment über
die Schmitzringpaarungen S1,S2 auf den Gummituchzylinder 2 übertragen
und damit in den Antriebsräderzug 5 eingespeist
werden soll. Der vergrößerte Durchmesser DS1
des Plat tenzylinderschmitzringes S1 erzeugt nun durch die höhere Umfangsgeschwindigkeit
eine Friktion zwischen den zusammenwirkenden Schmitzringoberflächen und
somit gegenüber
dem mit geringerer Umfangsgeschwindigkeit drehenden Schmitzring
S2 eine Schubkraft. Das auf den Schmitzring S2 und somit auf den
Gummituchzylinder 2 übertragene, zusätzliche
Drehmoment wird vom Antriebszahnrad 3 in den Antriebsräderzug 5 abgeleitet,
so dass die Oberflächen
des Platten- und Gummituchzylinders 1,2 wiederum
drehmomentfrei aufeinander abrollen und es dabei in vorteilhafter
Weise nicht zu Abwicklungsfehlern und Registerabweichungen bei der Druckbildübertragung
kommt.
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Zur
Kompensation von Zahnspiel und zur Vermeidung von Flankenwechseln
im Antriebsräderzug 5 ist
es zweckmäßig, wenn
der Einzelantrieb 4 im Bremsbetrieb arbeitet, um den Zahnräderzug 5 mit einem
bestimmten Drehmoment zu verspannen.
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Das
Durchmesserverhältnis
der Schmitzringe DS1: DS2 wird dazu in einer dritten Ausführungsform
(3a, 3b) kleiner als das Verhältnis W2: W1
ausgelegt, so dass der vom Antriebsräderzug 5 über das
Gummituchzylinderantriebsrad 3 und die Schmitzringe S2
auf den Plattenzylinder 1 übertragene Drehmoment größer als
das für
den Plattenzylinderantrieb erforderliche Drehmoment ist. Durch den generatorischen
(Brems-) Betrieb des Einzelantriebes 4 wird dieser Drehmomentüberschuss
kompensiert. Damit bleibt die Kontaktstelle der Zylinderoberflächen trotz
Bremsbetrieb des Einzelantriebes 4 drehmomentfrei.
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An
anderen Kontaktstellen zwischen benachbarten Zylindern der Druckmaschine
kann es vorteilhaft sein, die Abrollung der Schmitzringe annähernd schlupffrei
zu gestalten und den Schlupf zwischen den Oberflächen der kontaktierenden Zylinder vorzusehen.
Beispielsweise sind mit einem "Wischeffekt" einer Farbauftragwalze,
die mit einer Rasterwalze zusammenwirkt, positive Effekte in Bezug
auf die Gleichmäßigkeit
der Farbverteilung zu erzielen. Durch entsprechende Materialauswahl
und Einstellung geringer Oberflächenpressungen
können
die Friktionskräfte
zwischen den Walzenoberflächen
im Vergleich zu den zugeordneten Schmitzringpaarungen klein gehalten
werden.
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Sind
der Rasterwalze und der Farbauftragwalze jeweils ein separater Antrieb
(Einzelantrieb oder Antriebsräderzug)
zugeordnet und beide Walzen daher nur über Schmitzringe S1,S2 miteinander gekoppelt,
wird durch eine von den Walzendurchmessern abweichende Wahl der
Schmitzringdurchmesser DS1,DS2 ein gewünschtes resultierendes Drehmoment
zwischen den Walzen übertragen
und eine Differenzgeschwindigkeit zwischen den Walzenoberflächen erzeugt,
die eine gleichmäßige Farbverteilung
auf der Farbauftragwalze unterstützt.
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Die
beschriebenen Ausführungsformen
sind auf weitere Anwendungsfälle
innerhalb von Rotationsdruckmaschinen übertragbar, beispielsweise
ist der Delta-Antrieb für
das Feuchtwerk über
erfindungsgemäß ausgebildete
Schmitzringe realisierbar.
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- 1
- Plattenzylinder
- 2
- Gummituchzylinder
- 3
- Antriebszahnrad
am Zylinder 2
- 4
- Einzelantrieb
am Zylinder 1
- 5
- Antriebszahnrad
am Druckzylinder, Antriebsräderzug
- D1
- Durchmesser
Zylinder 1
- D2
- Durchmesser
Zylinder 2
- S1
- Schmitzringe
am Zylinder 1
- S2
- Schmitzringe
am Zylinder 2
- DS1
- Durchmesser
der Schmitzringe S1
- DS2
- Durchmesser
der Schmitzringe S2
- W1
- Winkelgeschwindigkeit
des Zylinders 1
- W2
- Winkelgeschwindigkeit
des Zylinders 2