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Die
Erfindung betrifft eine Einspannvorrichtung nach dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Aus
der
EP 0 596 399 A1 ist
eine gattungsgemäße Einspannvorrichtung
bekannt. Derartige Vorrichtungen werden eingesetzt, um insbesondere Tiefdruckzylinder – z. B.
für den
Publikationsdruck – einer
galvanischen Oberflächenbehandlung
zu unterziehen. Dazu werden die Enden der Tiefdruckzylinder zwischen
zwei als Halter dienende, zueinander gerichtete Hohlkonen eingespannt.
1 zeigt einen in der
EP 0 596 399 A1 beschriebenen
Hohlkonus, der als Halter
1 dient und in einer galvanischen
Anlage in der in der
EP
0 596 399 A1 beschriebenen Weise eingebaut ist. Der Halter
1 ist
in
1a) im Schnitt, in
1b) in der Vorderansicht
und in
1c) in Perspektivansicht
dargestellt. Zur Verdeutlichung ist ein gestricheltes Achsende
2 eines Druckzylinders
dargestellt. In
1a) ist
gut erkennbar, dass der Strom von dem Halter
1 ausschließlich über eine
Kante
3 einer Stirnseite des Achsendes
2 übertragen
werden kann. Der für
die galvanische Bearbeitung erforderliche hohe Strom wird dann über die
Hohlkonen (Halter
1) und die sie berührenden Kanten an den Stirnseiten
der Achsenden
2 in den Druckzylinder übertragen. Bei einem Enddurchmesser
von ca. 100 mm und im Wesentlichen gleichmäßiger Verteilung des Stroms über das
linke und das rechte Achsende ist es möglich, bis zu ca. 14.000 A in
den Druckzylinder einzuleiten.
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Für diese
Strommengen hat sich die in der
EP 0 596 399 A1 beschriebene Lösung hervorragend bewährt. Mit
der Entwicklung von breiteren Tiefdruckzylindern mit größerer Ballenbreite
und bei Einsatz von Galvanikbädern
mit höheren
Tauchgraden von bis zu 100% ist jedoch der Bedarf entstanden, noch deutlich
höhere
Ströme – speziell
zur Verchromung – in
die Tiefdruckzylinder zu übertragen,
um eine wirtschaftliche Verarbeitungszeit zu erreichen.
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Bei
derart hohen Strommengen besteht jedoch die Gefahr einer Überhitzung
der die Achsenden haltenden Hohlkonen, die schlimmstenfalls zu Brandstellen
auf der gehärteten
Oberfläche
des stählernen
Hohlkonus, zum Schmelzen von Isolierbuchsen und zu Lichtbögen führen kann.
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Auch
die in der
DE 101
21 937 A1 beschriebene Einspannvorrichtung ermöglicht es
nicht, höhere
Ströme
als bisher zu übertragen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einspannvorrichtung
für einen
Druckzylinder anzugeben, mit dem eine verbesserte Kontaktierung
zwischen dem Achsende des Druckzylinders und dem zugeordneten Halter
erreicht werden kann, um höhere
Strommengen zu übertragen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Einspannvorrichtung gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Eine
erfindungsgemäße Einspannvorrichtung
für einen
Druckzylinder mit zwei auf einer gemeinsamen Achse angeordneten
Haltern, wobei die Halter jeweils eine Ausnehmung zum Aufnehmen
eines Endes des Druckzylinders aufweisen und mit ihren Ausnehmungen
zueinander gerichtet angeordnet sind und zueinander zustellbar gelagert
sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Ausnehmungen
eine Innenkontur mit drei voneinander abgesetzten Halteflächen aufweist,
an denen das zugeordnete Ende des Druckzylinders beim Einspannen
gehalten wird.
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Die
drei voneinander abgesetzten Halteflächen stellen eine Art Dreibein
bereit, von dem das zugeordnete Achsende – ähnlich wie bei einem Dreibackenfutter – eingespannt
werden kann. Überraschenderweise
kann mit einem derart gestalteten Halter trotz der verringerten
Auflagefläche
deutlich mehr Strom übertragen
werden, ohne dass es zu den nicht erwünschten Überhitzungen oder Lichtbögen kommt. Als
Grund dafür
wird angenommen, dass die z. B. in der
DE 101 21 937 A1 beschriebenen
möglichen
Abwälzbewegungen
zwischen dem Halter und dem Achsende verhindert werden, da das Achsende durch
die Wirkung des Dreibeins stets an den drei gleichen Stellen (Halteflächen) aufliegen
muss.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Ende des Druckzylinders ausschließlich an
den Halteflächen
gehalten wird. Dadurch wird die Funktion des Dreibeins gewährleistet,
ohne dass weitere Halteflächen
störend
einwirken, an denen lokale Überhitzungen
auftreten könnten.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Halteflächen jeweils ein Kreissegment überdecken
und gleichmäßig, also
im Winkel von 120° über den
Umfang der Ausnehmung verteilt sind. Die gleichmäßige Verteilung unterstützt die
Funktion des "Dreibeins".
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Um
die Halteflächen
gegenüber
der restlichen Innenkontur zu definieren, ist es besonders zweckmäßig, wenn
die Halteflächen
gegenüber
der restlichen Innenkontur erhaben sind und insbesondere radial
nach innen vorstehen, also Erhöhungen
bezüglich
der restlichen Innenkontur bilden. Die restliche Innenkontur des
Halters tritt dementsprechend radial zurück und kann nicht in Kontakt
mit dem Achsende gelangen.
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Vorzugsweise
ist die Innenkontur im Wesentlichen (hohl-)konisch oder kugelsegmentartig
ausgestaltet. Bereits in der
EP 0 596 399 A1 und in der
DE 101 21 937 A1 wurden
die Vorzüge
dieser Formen, insbesondere hinsichtlich der Aufnahme unterschiedlicher
Achsend-Durchmesser, beschrieben.
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Dabei
sollten die Halteflächen
auf einer Mantelfläche
eines gemeinsamen, fiktiven (gedachten) Konus oder Kugelsegments
angeordnet sein. Die Form der restlichen, zwischen den Halteflächen bestehenden
Innenkontur spielt demgegenüber
eine eher untergeordnete Rolle. Um jedoch eine gute Wärmeabfuhr
von den Kontaktstellen zu gewährleisten,
ist es anzustreben, auch die restliche Innenkontur so nahe wie möglich an
die Halteflächen
heranzuführen,
ohne jedoch die Gefahr einer Berührung
mit dem Achsende in Kauf zu nehmen.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist
in wenigstens einer der Haltefläche
wenigstens ein Leitungselement aus einem Material eingesetzt ist,
das sich von dem restlichen Material des Halters unterscheidet.
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Das
Material des Leitungselements sollte gegenüber dem restlichen Material
des Halters eine verbesserte Strom- und/oder Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Zum Beispiel
kann das Material des Halters Stahl und das Material des Leitungselements
Kupfer sein.
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Dadurch
wird zum einen eine verbesserte Kontaktierung des Achsendes an der
betreffenden Haltefläche
erreicht, so dass noch größere Strommengen übertragen
werden können.
Zum anderen unterstützt
das Leitungselement aufgrund seiner hervorragenden Wärmeleiteigenschaft
die Wärmeabfuhr und
damit Kühlung
der Kontaktstelle.
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Zur
weiteren Verbesserung ist in wenigstens einem Bereich des Halters
zwischen zwei Halteflächen
wenigstens ein Zusatzelement aus einem Material eingesetzt, das
sich von dem restlichen Material des Halters unterscheidet. Wie
das Leitungselement kann auch das Zusatzelement aus einem Material bestehen,
das eine gegenüber
dem restlichen Material des Halters verbesserte Strom- und/oder
Wärmeleitfähigkeit
aufweist. Bei dem Zusatzelement spielt vor allem die Wärmeleitfähigkeit
eine Rolle, da das Zusatzelement wirksam zur Kühlung des gesamten Halters
beitragen kann. Dementsprechend ist es anzustreben, das Zusatzelement
möglichst
groß zu
dimensionieren, ohne jedoch die Festigkeit des Halters zu beeinträchtigen.
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Vorzugsweise
ist das Leitungselement stiftförmig
gestaltet und derart in den Halter eingesetzt, dass seine an der
Haltefläche
austretende Stirnseite bündig
mit der Haltefläche
abschließt.
Somit kann in der Haltefläche
der Strom gleichmäßig auf
das Achsende übertragen
werden.
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Ohnehin
ist es zweckmäßig, wenn
die Stirnseite des Leitungselements und/oder des Zusatzelements
an die Innenkontur der Ausnehmung angepasst ist und somit weder
gegenüber
der Innenkontur vorsteht noch eine Vertiefung bildet.
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Selbstverständlich können die
Leitungselemente in allen drei Halteflächen eingesetzt sein. Dementsprechend
ist es auch vorteilhaft, wenn zwischen den drei Halteflächen jeweils
ein oder meherere Zusatzelemente eingesetzt sind.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung bestehen die Halteflächen vollständig aus einem Material, das
sich von dem Material des restlichen Halters unterscheidet. Für diesen Fall
können
die z. B. aus Kupfer oder einer harten Kupferlegierung bestehenden
Leitungselemente vollständig
die Halteflächen
bilden. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass beim Einspannen
der Druckzylinder hohe Kräfte
und dementsprechend hohe Flächenpressungen
am Halter auftreten, die unter Umständen von dem relativ weichen
Kupfer nicht aufgenommen werden können.
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Diese
und weitere Vorteile und Merkmale werden nachfolgend anhand von
Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
aus dem Stand der Technik bekannten Halter in Schnittansicht (a),
Vorderansicht (b) und Perspektivansicht (c);
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2 einen
erfindungsgemäßen Halter
in Schnittansicht (a), Vorderansicht (b) und Perspektivansicht (c).
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3 eine
weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Halters
in Schnittansicht (a), Vorderansicht (b) und Perspektivansicht (c).
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4 eine
Schnittdarstellung eines Teils einer Lagerbrücke mit dem erfindungsgemäßen Halter.
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2 zeigt
einen erfindungsgemäßen Halter 11,
der an einer später
in Zusammenhang mit 4 zu beschreibenden Lagerbrücke befestigt
werden kann.
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Der
Halter 11 entspricht im Wesentlichen dem oben unter Bezugnahme
zum Stand der Technik in 1 beschriebenen Halter 1.
Er weist eine Ausnehmung 12 auf, in der ein stilisiert
durch eine Strichpunktlinie dargestelltes Achsende 15 eines
Druckzylinders aufgenommen werden kann. Dem Halter 11 ist
gegenüberliegend
und auf einer gemeinsamen Achse angeordnet ein zweiter, nicht dargestellter Halter
zugeordnet, so dass der Druckzylinder mit seinen beiden Achsenden 15 zwischen
den beiden Haltern 11 eingespannt werden kann. Die Halter 11 sind über die
Lagerbrücke
zueinander zustellbar, so dass der erforderliche Einspanndruck erzeugt
werden kann.
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Die
Ausnehmung 12 weist eine im Wesentlichen konische Innenkontur
auf. Der Hohlkonus der Innenkontur wird jedoch durch drei Halteflächen 13 unterbrochen,
die gegenüber
einer restlichen Innenkontur 14 erhaben sind, d. h. radial
nach innen, zur Hauptachse hin vorstehen.
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Dementsprechend
steht das Achsende 15 des Druckzylinders nur in Kontakt
mit den drei Halteflächen 13,
nicht jedoch mit der restlichen Innenkontur 14, wie in 2a) erkennbar.
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Durch
die drei Halteflächen 13 wird
eine Art Dreibein- bzw. Dreibacken-Einspannung erzeugt, die sicherstellt,
dass sich der Druckzylinder und seine Achsenden 15 auch
beim Drehen des Halters 11 mit dem Druckzylinder nicht
relativ zu dem Halter 11 und insbesondere zu den Halteflächen 13 bewegt.
Wie sich herausgestellt hat, können
auf diese Weise Ströme
von über
20.000 A übertragen
werden.
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3 zeigt
eine andere Ausführungsform der
Erfindung, die jedoch im Wesentlichen auf der in Zusammenhang mit 2 beschriebenen
Ausführungsform
beruht.
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Zusätzlich zu
dem in 2 gezeigten Halter 11 ist bei einem Halter 21 in
drei Halteflächen 22 jeweils
ein Leitungselement 23 eingesetzt. Während der Halter 21 aus
Stahl besteht, kann das Leitungselement 23 vorzugsweise
ein Kupferstift sein.
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Das
Leitungselement 23 ist in den Halter 21 derart
eingearbeitet, dass es mit einer Stirnseite bündig in der zugeordneten Haltefläche 22 ausläuft, wie insbesondere
in den 3a) und 3c) erkennbar. Weiterhin
erstreckt sich das Leitungselement 23 in dem Halter 21 axial
bis zu einer gegenüberliegenden Stirnseite 24 des
Halters 21, wo das Leitungselement 23 ebenfalls
bündig
ausläuft.
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Die
Leitungselemente 23 haben einerseits die Funktion, die
Stromübertragung
zu verbessern und andererseits die Funktion, die an der Kontaktstelle
entstehende Wärme
nach außen,
also insbesondere in Richtung zu der Stirnseite 24 abzuleiten.
Die eigentliche Haltefunktion wird von den restlichen, die Leitungselemente 23 umgebenden
Halteflächen 22 erfüllt, die
aus Stahl bestehen und dadurch die für einen hohen Anpressdruck
erforderliche mechanische Festigkeit gewährleisten.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung ist ebenfalls in 3 gezeigt.
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Demnach
sind alternativ zu den Leitungselementen 23 oder zusätzlich in
den zwischen zwei Halteflächen 22 gelegenen
Bereichen des Halters 21 Zusatzelemente 25 in ähnlicher
Weise wie die Leitungselemente 23 eingesetzt. Wie diese
sind die Zusatzelemente 25 z. B. Kupferstifte, die ebenfalls
mit ihren Stirnseiten bündig
abschließend
in den Halter 21 eingearbeitet sind, wie in den 3a) und 3c) gut erkennbar.
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Die
Zusatzelemente 25 verbessern die Wärmeleitung von den Kontaktstellen
zu der gegenüberliegenden
Stirnseite 24 des Halters 21. Da sie in mechanisch
weniger beanspruchten Bereichen des Halters 21 eingesetzt
sind, können
sie größer dimensioniert
sein als die Leitungselemente 23, ohne die Gesamtfestigkeit
zu beeinträchtigen.
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Sofern
es möglich
ist, die Leitungselemente 23 aus einem härteren Material
als Kupfer herzustellen, das gleichzeitig eine hervorragende Strom-
und Wärmeleitfähigkeit
aufweist, können
die Halteflächen 22 auch
vollständig
durch in den Halter 21 eingesetzte Leitungselemente gebildet
werden.
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Aufgrund
der in den Halteflächen 22 wirkenden
hohen Flächenpressungen
wird es jedoch vorzuziehen sein, den im Übrigen aus Stahl bestehenden Halter 21 zu
härten,
damit eine Dauerhaltbarkeit erreicht werden kann. Den Leitungselementen 23 kommt
dann lediglich die Funktion der Strom- und Wärmeübertragung zu, ohne wesentliche
mechanische Halteaufgaben erfüllen
zu müssen.
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4 zeigt
einen Schnitt eines Teils einer Lagerbrücke, an der der erfindungsgemäße Halter 21 angeschraubt
ist. Der in 4 gezeigten Lagerbrücke ist
in der Galvanikanlage koaxial gegenüberliegend eine zweite Lagerbrücke zugeordnet,
so dass der Druckzylinder zwischen den beiden Lagerbrücken eingespannt
werden kann.
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Der
Halter 21 ist an einem Schaft 30 angeschraubt,
der an einer Lagerstelle 31 in bekannter Weise drehend
gelagert ist. Gegenüberliegend
von dem Halter 21 ist ein Stromübertragungsbereich 32 vorgesehen,
in dem wassergekühlte
Schleifkohlen 33 den Galvanisierungsstrom in einen Schleifring 34 einleitet,
von wo aus er über
den Schaft 30 und den Halter 21 auf den Druckzylinder übertragen
wird.
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Der
Schaft 30 ist an der Lagerstelle 31 in die eigentliche
Lagerbrücke
eingepasst, die letztendlich den Druckzylinder hält bzw. drehend antreibt und
ihn in das Galvanisierbad absenkt bzw. nach Ende des Galvanisierungsvorgangs
wieder aus dem Galvanikbad heraushebt.
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Der
Schaft 30 ist von Kühlkanälen 35 und 36 durchzogen,
durch die Kühlwasser
hindurchgepumpt werden kann. Durch diesen Kühlkreislauf wird auch der vordere,
den Halter 21 tragende Teil des Schafts 30 gekühlt. Da
die in dem Hal ter 21 vorgesehenen Leitungselemente 23 sowie
gegebenenfalls die Zusatzelemente 25 die Wärme von
den Kontaktstellen an den Halteflächen 22 durch den
Halter 21 hindurch zu seiner rückwärtigen Stirnseite 24 übertragen, kann
die Wärme
von dort zuverlässig
mit dem durch die Kühlkanäle 35, 36 gebildeten
Kühlkreislauf
abgeführt
werden.
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Der
in 4 gezeigte Aufbau stellt einen Teil einer an sich
bekannten Lagerbrücke
dar, so dass sich eine weitergehende Beschreibung erübrigt.