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Die Erfindung betrifft Rotationsdruckmaschinen 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 0 834 398 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 0 812 683 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 Anspruchs 1 oder des Anspruchs 4 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:
- 1a und 1b Darstellung eines Ausschnittes aus einem Druckwerk einer Bogenoffsetdruckmaschine mit einem Einzelantrieb an einem Plattenzylinder
- 2a und 2b Schmitzringpaarung Plattenzylinder/Gummituchzylinder für einen motorischen Betrieb des Einzelantriebes
- 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 Voraussetzung, 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. 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 > W2: 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 Plattenzylinderschmitzringes 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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Bezugszeichenliste
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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
