DE102005007096A1

DE102005007096A1 - Walze, insbesondere Presseur, eines Tiefdrucksystems und Tiefdruckmaschine

Info

Publication number: DE102005007096A1
Application number: DE200510007096
Authority: DE
Inventors: Tobias Dipl.-Ing. Ehrt; H.P. Prof. Dr.-Ing. Wölfel; Stephan Löhr
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2006-08-17

Abstract

Bei einer Walze, insbesondere Presseur, eines Tiefdrucksystems, welche Walze eine Kernstruktur und einen die Kernstruktur umgebenden elastischen Außenmantel umfaßt, der bei betriebsgemäßer Drehung durch Schwingungsanregung zur Ausbildung eines wellenartigen Profils neigt, ist vorgesehen, daß die Walze mit einer Einrichtung zum Ausgleichen der Profilbildung versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Walze, insbesondere einen Presseur, eines Tiefdrucksystems.

Üblicherweise sind Tiefdruck-Walzen durch eine Kernstruktur und einen die Kernstruktur umgebenden elastischen Außenmantel oder Überzug aufgebaut. Bei Druckmaschinen der Tiefdrucktechnik läuft Papier in einer Bahn kontinuierlich insbesondere mit konstanter Geschwindigkeit an Walzenpaaren vorbei. Üblicherweise besteht ein Walzenpaar aus einer Formwalze mit einer Druckschablone und einem diesem gegenüberliegend angeordneten Presseur. Der Presseur dient dazu, das Papier mit einer definierten Kraft an die Formwalze zu drücken. Der elastische Außenmantel, wie eine Gummischicht, ist derart nachgiebig, daß sich im Kontaktbereich der beiden Walzen eine definierte Preßfläche, der sogenannte Druckstreifen oder Nipp, ausbildet. Sollte der Presseur mit einer Drehfrequenz angetrieben werden, die bei bestimmten Betriebszuständen der Eigenfrequenz des Tiefdrucksystems entspricht, so können eine starke Beeinträchtigung der Druckqualität des Tiefdrucksystems visuell am Papier und ein Brummen der Walzenanordnung wahrgenommen werden. Versuche zeigten, daß sich ausgeprägte Wellenprofile im bestimmten Drehgeschwindigkeitsbereich der Walzen ergaben. Es stellte sich auch heraus, daß bei bestimmten Betriebssituationen der Andrückkontakt des Presseurs an der Formwalze sogar verlorengeht, weswegen am Druckmedium sogar farbdruckfreie Streifen auftreten konnten. Bei einem Mehrfarbdruck kann es aufgrund des wellenartigen Profils zu den sogenannten Passerfehlern kommen. Desweiteren können vorzeitige Materialermüdungen an Walzenlagerungen, am Walzenkern und am elastischen Außenmantel auftreten, wenn das Tiefdrucksystem über einen lange Zeitraum in dem kritischen Betriebszustand betrieben wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteil des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere ein Tiefdruck ausreichender Qualität auch in den zu erwartenden kritischen Betriebszuständen bereitzustellen, insbesondere einen konstanten Anpreßdruckkontakt des Presseurs an der Formwalze im gesamten Betriebsumfang sicherzustellen, ohne das Tiefdrucksystem insbesondere hinsichtlich dessen Schwingungseigenschaften und/oder Aufbau ändern zu müssen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch Versuche an einem Presseur eines Tiefdrucksystems stellte sich heraus, daß der Kontaktverlust durch eine wellenartige Profilbildung an dem elastischen Außenmantel der Walze verursacht wurde. Das wellenartige Profil hängt von der Drehgeschwindigkeit der Walze und Anregungsbetriebsschwingungen des Tiefdrucksystems ab. Erfindungsgemäß ist die Walze mit einer Einrichtung zum Ausgleichen dieser Profilbildung versehen. Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme wird gewährleistet, daß in sämtlichen Betriebszuständen des die erfindungsgemäße Walze einarbeitenden Tiefdrucksystems ein Kontaktverlust des Presseurs von der Formwalze auf grund der Bildung von Wellenprofilen am Außenmantel des Presseurs präventiv verhindert wird. Dabei kann die Ausgleichsrichtung derart abgestimmt oder gesteuert sein, daß im Betrieb des Tiefdrucksystems eine stets zylindrische Außenseite der Walze bereitgestellt wird. Vorzugsweise ist die Augleichseinrichtung in der Walze integriert oder daran angebracht. Die erfindungsgemäße Walze in ihrer Gesamtheit mit der Ausgleichseinrichtung kann frei von jeweiligen von der Walze externen Aufbauten gebildet sein.

Die Ausgleichseinrichtung kann derart realisiert sein, daß das Material des im wesentlichen wellenförmigen Außenmantels zum Bilden der zylindrischen Außenseite bereichsweise, insbesondere an mehreren Bereichen, reversibel gedehnt und/oder verformt wird.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Ausgleichseinrichtung mehrere Aktoren, die in dem Außenmantel und/oder zwischen der Kernstruktur und dem Außenmantel untergebracht sind. Die mehreren Aktoren können jeweils dazu ausgelegt sein, Material des Außenmantels im Bereich eines einem Wellenberg des wellenartigen Profils benachbarten Wellentals elastisch reversibel zu dehnen oder zu verformen, bis insbesondere zumindest ein annähernd zylindrisches Idealprofil des Außenmantels erreicht ist. Der Ausgleich des Wellenprofils durch Dehnung oder Verformung des Außenmantels wird vorzugsweise hauptsächlich durch auf den Außenmantel durch die Aktoren wirkende Kraftkomponenten in Radialrichtung bewirkt.

Weiterhin können die mehreren Aktoren zumindest teilweise, vorzugsweise alle Aktoren, jeweils auf einem elektrothermischen Wirkprinzip basieren, um insbesondere den Außenmantel bereichsweise, insbesondere im Bereich von Wellentälern, thermisch reversibel auszudehnen, insbesondere in Radialrichtung, um eine zylindrische Außenseite des Außenmantels zu erreichen. Dabei können die mehreren Aktoren in den Außenmantel eingebrachte, vorzugsweise eingebettete Heizelemente, vorzugsweise Drähte, aufweisen, die vorzugsweise sich gemäß einer ihrer Abmessungsrichtungen axial zur Walzenachse erstrecken.

Um eine möglichst einfache Steuerung der Heizelemente sowie das vollständige Unterlassen einer entsprechenden Wärmeregelung für die thermische Ausdehnung des Teilbereichs des Außenmantels zum Erreichen der gewünschten zylindrischen Außenseite zu realisieren, kann die Ausgleichseinrichtung mit einer Energieversorgung für die Heizelemente versehen sein, deren Energieausgabe Q vorbestimmt ist, insbesondere in Abhängigkeit von der Masse m des Außenmantels, der spezifischen Wärmekapazität c_p des Außenmantels und einer Temperaturamplitude ΔT eines erfahrungsgemäß mit der Profilbildung einhergehenden wellenartigen Temperaturprofils im Außenmantel ohne Wärmeausgleich durch die Heizelemente. Beispielsweise kann die Energieausgabe der Energieversorgung durch Q ~ 1/2·m·cp·ΔT,vorab grob abgeschätzt werden. Der Faktor 1/2 berücksichtigt, daß wegen der Wellenform nur die Hälfte der Masse, nämlich nur das elastische Material des Außenmantels am Wellental, mit Wärmeenergie zu beaufschlagen ist.

Außerdem können die mehreren Aktoren zumindest teilweise, insbesondere alle Aktoren, auch auf einem elektro-mechanischen Wirkprinzip basieren. Dabei wird insbesondere der Außenmantel bereichsweise, insbesondere im Bereich von Wellentälern, elastisch reversibel verformt, insbesondere radial – zur Walzenachse – nach außen gedrückt und/oder radial nach innen gezogen oder komprimiert.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die mehreren Aktoren piezoelektrische Aktuatoren, insbesondere Plattenaktoren, auf.

Die piezoelektrischen Aktuatoren sind quasistatisch betrieben. Vorzugsweise können die piezoelektrischen Aktuatoren an eine insbesondere walzeneigene Energieversorgung angepaßt sein, die aus elektrostatischen Ladungen besteht. Elektrische Ladungen können auch über Elektroden insbesondere mit Schleifkontakt an dem Außenmantel erzeugt werden. Hierbei kann vorzugsweise von Elektrodenanschlüssen Gebrauch gemacht werden, die zum Aufbringen von elektrostatischen Ladungen für einen verbesserten Farbübertrag auf das Druckmedi um ohnehin am Außenwandteil herkömmlicher Walzen, insbesondere des Presseurs, vorgesehen sind. Mit dieser erfindungsgemäßen Maßnahme kann die Ausgleichseinrichtung frei von zusätzlicher Energiequellen ausgelegt sein. Eine autark arbeitende Ausgleichseinrichtung ist geschaffen. Vorzugsweise sind die mehreren Aktoren umfänglich in einem insbesondere konstanten Winkelabstand zueinander angeordnet. Der Winkelabstand ist insbesondere durch das zu erwartende insbesondere walzen-aufbaubhängige wellenartige Profil festlegbar.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Walze mit einer Sensorik zum Erfassen einer Profiländerung des Außenmantels gegenüber einem zylindrischen Idealprofil und einer insbesondere analogen Regelung versehen. Die analoge Regelung gibt ein das Profiländerungssignal der Sensorik umwandelndes Steuersignal an die Aktoren weiter. Vorzugsweise sind die Sensorik und die Regelung durch elektrostatische Ladungen betrieben, um für diese keine externe Energiequelle vorsehen zu müssen. Auf diese Weise ist auch die Autarkie der Walze hinsichtlich des Energiebedarfs sichergestellt.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Sensorik durch mehrere Temperatursensoren gebildet, die ein mit der Profilbildung strukturell übereinstimmendes, wellenartiges Temperaturprofil erfassen können.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Tiefdruckmaschine mit wenigstens einem Walzenpaar, bei dem zumindest eine als die erfindungsgemäße Walze ausgebildet ist.

Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäße Walze im Ruhezustand;
2 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen, betriebenen Walze mit einer deaktivierten Einrichtung zum Ausgleichen der sich durch Betrieb des Tiefdrucksystems einstellenden wellenartigen Profilbildung am elastischen Außenmantel der Walze; und
3 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Walze gemäß den 1 und 2 im Betrieb, wobei die Einrichtung zum Ausgleichen der Profilbildung zum Erlangen eines zylindrischen Idealprofils aktiviert ist.
In den 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Presseur mit der Bezugsziffer 1 versehen, der als Hauptkomponenten eine starre Kernstruktur 3, einen Gummiaußenmantel oder -überzug 5 und eine zwischen der Kernstruktur 3 und dem Gummiaußenmantel 5 in einem Ringfreiraum 9 untergebrachte Anordnung von piezoelektrischen Plattenaktoren 7 umfaßt. Die piezoelektrischen Plattenaktoren 7 sind in einem konstanten Winkelabstand zueinander angeordnet. Die Anzahl der piezoelektrischen Plattenaktoren 7 hängt von der Anzahl der zu erwartenden Wellentäler des wellenartigen Profils ohne Ausgleichseinrichtung ab. Bei Versuchen stellten sich 60 Plattenaktoren für einen herkömmlichen Presseur als geeignet heraus.
In 1 ist die Walze in einem Ruhezustand dargestellt, in dem der Außenmantel unverformt eine gleichmäßige Zylinderform einnimmt.
Im Betrieb – angeregt insbesondere von der Eigendrehung sowie von Betriebsschwingungen der nicht dargestellten Tiefdruckmaschine – wird der Außenmantel der Walze wellenartig verformt, was in 2 im wesentlichen anhand der drei Wellenberge 11 und etwa der drei Wellentäler 13 ersichtlich ist.
Eine nicht dargestellte Sensorik erfaßt die wellenartige Profiländerung gegenüber dem in 1 dargestellten zylindrischen Idealprofil. Die Sensorik leitet ein erfaßtes Profiländerungssignal an einen nicht dargestellten Regler weiter, der mit den piezoelektrischen Plattenaktoren 7 elektrisch verbunden ist. Entsprechend dem Profiländerungssignal erzeugt der Regler ein Ausgleichssteuerungssignal, das die piezoelektrischen Plattenaktoren derart radial nach außen reversibel ausdehnen oder zusammenziehen läßt, daß der Außenmantel bereichsweise verformt, insbesondere ausgedehnt oder zurückgezogen wird und eine gewünschte zylindrische Idealform zumindest annähernd erreicht wird, wie in 3 angedeutet ist. Es sei angemerkt, daß das zylindrische Idealprofil nicht der Zylinderform des Presseurs im Ruhezustand entsprechen muß, aber kann.
Zum Erreichen der zylindrischen Idealstruktur, die derjenigen gemäß 1 entspricht, werden die piezoelektrischen Plattenaktoren 7, die proximal einem Wellental 13 liegen, entgegengesetzt zu den piezoelektrischen Plattenaktoren erregt, die proximal einem Wellenberg 11 liegen. Die sich radial verlängernden Plattenaktoren drücken das Außenmantelmaterial am Wellental radial nach außen. Die sich verkürzenden Plattenaktoren ziehen das Material des Außenmantels radial nach innen zur Kernstruktur 3, um einen Niveauabgleich mit den Wellenbergen zur Bildung einer zylindrischen Außenseite zu erreichen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

1: Walze, Presseur
3: Kernstruktur
5: Gummiaußenmantel
7: Plattenaktoren
9: Ringfreiraum
11: Wellenberg
13: Wellental
α: Winkelabstand

Claims

Walze, insbesondere Presseur (1), eines Tiefdrucksystems, welche Walze eine Kernstruktur (3) und einen die Kernstruktur (3) umgebenden elastischen Außenmantel (5) umfaßt, der bei betriebsgemäßer Drehung durch Schwingungsanregung zur Ausbildung eines wellenartigen Profils neigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (1) mit einer Einrichtung zum Ausgleichen der Profilbildung versehen ist.
Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichseinrichtung mehrere Aktoren umfaßt, die dazu ausgelegt sind, den Außenmantel bereichsweise, insbesondere an mehreren Bereichen, elastisch zu dehnen oder zu verformen und insbesondere in dem Außenmantel (5) und/oder zwischen der Kernstruktur (3) und dem Außenmantel (5), insbesondere in einem Zwischenraum, untergebracht sind.
Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Aktoren jeweils dazu ausgelegt sind, Material des Außenmantels (5) im Bereich eines einem Wellenberg (11) benachbarten Wellentals (13) des wellenartigen Profils elastisch zu dehnen oder zu verformen, insbesondere bis zumindest ein annähernd zylindrisches Idealprofil des Außerunantels (5) erreicht ist.
Walze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Aktoren zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, auf einem elektro-thermischen Wirkprinzip basieren, die insbesondere jeweils dazu ausgelegt sind, den Außenmantel (5) im Bereich eines Wellentals des wellenartigen Profils thermisch reversibel auszudehnen.
Walze nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Aktoren in den Außenmantel (5) eingebrachte, vorzugsweise eingebettete, Heizelemente, vorzugsweise Drähte, aufweisen, die insbesondere sich gemäß einer ihrer Abmessungsrichtungen axial zur Walzenachse erstrecken.
Walze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Heizelemente eine Energieversorgung vorgesehen ist, deren Energieausgabe Q vorbestimmbar ist, insbesondere in Abhängigkeit von der Masse m des Außenmantels (5), der spezifischen Wärmekapazität c_p des Außenmantels (5) und einer Temperaturamplitude ΔT eines mit der Profilbildung einhergehenden wellenartigen Temperaturprofils im Außenmantel ohne Wärmeausgleich der Heizelemente.
Walze nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Aktoren zumindest teilweise, vorzugsweise alle Aktoren, auf einem elektromechanischen Wirkprinzip basieren, die insbesondere jeweils dazu ausgelegt sind, den Außenmantel (5) im Bereich eines Wellentals (13) des wellenartigen Profils elastisch zu verformen oder zu dehnen und insbesondere deren Verform- oder Dehnkräfte radial zur Drehachse der Walze gerichtet sind.
Walze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Aktoren piezoelektrische Elemente, insbesondere piezoelektrische Plattenaktoren (7), aufweisen.
Walze nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente quasistatisch betrieben sind, insbesondere an eine Energieversorgung angepaßt sind, die aus elektrostatischen Ladungen besteht, die vorzugsweise über Elektroden an den Außenmantel erzeugbar sind.
Walze nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Aktoren umfänglich in einem insbesondere konstanten Winkelabstand (α) zueinander angeordnet sind, der vorzugsweise durch das zu erwartende, walzenaufbauabhängige wellenartige Profil vorbestimmt ist.
Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Sensorik zum Erfassen einer Profiländerung des Außenmantels gegenüber einem zylindrischen Idealprofil und einer insbesondere analogen Regelung versehen ist, welche ein anhand eines Profiländerungssignals der Sensorik umgewandeltes Steuersignal den Aktoren zuführt.
Walze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorik und/oder die Regelung an oder in der Walze untergebracht sind.
Walze nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorik und/oder die Regelung durch elektrostatische Ladungen betrieben sind, die insbesondere über Elektroden an dem Außenmantel (5) erzeugbar sind.
Walze nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorik mehrere Temperatursensoren zum Erfassen eines mit der Profilbildung einhergehenden wellenartigen Temperaturprofils aufweist.
Tiefdruckmaschine mit wenigsten einem Walzenpaar, bei dem zumindest eine als die Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.