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Die
Erfindung betrifft einen hydraulischen Hubantrieb für eine Farbwalze
eines Farbwerks einer Druckmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Bei
Druckmaschinen wird mittels Farbwalzen die zu verdruckende Farbe
auf eine um einen Formzylinder gespannte Druckplatte aufgebracht.
Von dieser Druckplatte gelangt der Druck dann entweder direkt (Rotationsdruck)
oder über
einen Gummituchzylinder (Offsetdruck) auf das zu bedruckende Medium.
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Eine
oder mehrere der Farbwalzen des Farbwerks der Druckmaschine führen während des
Farbauftrags eine oszillierende Axialbewegung aus, um die zu verdruckende
Farbe gleichmäßig auf
ihrer Oberfläche
zu verteilen. Diesen Vorgang nennt man Verreiben. In der
US 3,179,047 ist eine Druckmaschine
offenbart, bei der die Verreibe-Bewegung durch einen doppeltwirkenden
Pneumatikzylinder ausgeführt
wird. Die Ansteuerung des Pneumatikzylinders erfolgt über ein
Ventil, das in den Totpunkten der axialen Verschiebebewegung umgesteuert
wird, um den Rückhub
einzuleiten.
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In
der
DE 198 14 561
C2 ist ein doppelt wirkender Fluidzylinder für die axiale
Verschiebung einer Farbwalze beschrieben. Der Fluidzylinder weist einen
axial zweigeteilten Kolben auf. Durch einen Stellmechanismus lassen
sich die beiden Hälften
des Kolbens trennen, so dass der Oszillationshub einstellbar ist.
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Die
herkömmlichen
Lösungen
für den
axialen, oszillierenden Antrieb der Farbwalze sind unnötig kompliziert
und fehleranfällig.
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Die
vorliegende Erfindung ist daher darauf gerichtet, einen möglichst
einfachen Antrieb anzugeben, mit dem die oszillierende Axialbewegung
der Farbwalze ausführbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen hydraulischen Hubantrieb mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist ein
Hydrozylinder, durch welchen die Farbwalze in Axialrichtung mit
einer oszillierenden Bewegung beaufschlagbar ist, als einfach wirkender
Zylinder ausgebildet. Ein solcher Hydrozylinder baut im Vergleich
zu doppelt wirkenden Zylindern kurz und hat damit geringe Anforderungen
an den benötigten
Bauraum. Er lässt
sich einfach an der Farbwalze befestigen oder auch in die Farbwalze
integrieren. Am Hydrozylinder ist nur ein einziger Fluidanschluss
vorhanden. An der Farbwalze wird also nur eine einzelne Fluidleitung
benötigt, über die
wechselweise die Zufuhr und der Rückfluss des Druckmittels verläuft.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Wenn
der Hydrozylinder als Ringzylinder ausgebildet ist, lässt er sich
Platz sparend auf einer festen Welle der Farbwalze anordnen. Die
Krafteinwirkung des Ringzylinders auf die Farbwalze erfolgt entlang
ihres Umfangs homogen. Eine Verformung der Farbwalze ist kann vermieden
werden.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
der Hydrozylinder auf einer festen Welle der Farbwalze angeordnet
und durch einen ersten Anschlag – z.B. einen Sprengring oder
eine Schulter – gegen
eine axiale Verschiebung auf der Welle gesichert. Dies erleichtert
die Befestigung des Hydrozylinders an der Farbwalze. Die Montage
erfolgt einfach und kosteneffizient durch Aufschieben des Hydrozylinders
auf die feste Welle.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist
der Hydrozylinder eine Durchgangsöffnung auf. Der Druckmittelanschluss
ist an einer Innenumfangsfläche
der Durchgangsöffnung
angeordnet. Auf diese Weise kann der Hydrozylinder auf einer Welle
befestigt werden und durch eine Bohrung in der Welle mit Druckmittel
versorgt werden. Dies vereinfacht das Ausbilden einer Druckmittelzufuhrleitung
zum Hydrozylinder. Insbesondere entfallen im Bereich der Farbwalze
die ansonsten für
die Druckmittelzufuhr zum Hydrozylinder benötigten Schläuche oder Rohrleitungen sowie
deren Befestigung, etc. Stattdessen kann erfindungsgemäß eine Bohrung
in der Welle als Druckmittelanschluss dienen.
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Eine
weitere, besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der
Hydrozylinder eine hinsichtlich ihrer radialen Anordnung innere
Zylinderhülse
und eine äußere Zylinderhülse umfasst,
welche einander übergreifen
und mittels gegenüberliegend – jeweils
an Endabschnitten der Zylinderhülsen – ausgebildeter
Kragenabschnitte einen Ringraum im Inneren des Hydrozylinders begrenzen.
Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Bauweise eines Ringzylinders
dar, der im Wesentlichen – abgesehen
von Dichtelementen – aus
nur zwei Bauteilen besteht.
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Wenn
dem Kragenabschnitt an der inneren Zylinderhülse oder dem Kragenabschnitt
an der äußeren Zylinderhülse eine
Stufe vorgelagert ist, durch die eine Verschiebung der Zylinderhülsen im
Sinne einer Verkleinerung des Ringraums begrenzt ist, erhält man einen
inneren Anschlag, durch den eine minimale Länge des Hydrozylinders vorgegeben
ist. Es bleibt auch bei zusammengefahrenen Hydrozylinder ein Mindestvolumen
des Ringraums erhalten, so dass eine zuverlässige Betätigung gewährleistet ist.
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Ein äußerer Anschlag
ist vorzugsweise dadurch gebildet, dass an einem den Kragenabschnitt der
inneren Zylinderhülse
axial überragenden
Abschnitt der äußeren Zylinderhülse ein
Anschlagelement befestigt ist, durch das eine Verschiebung der Zylinderhülsen im
Sinne einer Vergrößerung des
Ringraums begrenzt ist. Ein solcher Anschlag begrenzt die maximale
Länge des
Hydrozylinders zuverlässig und
verhindert ein Verlieren der äußeren Zylinderhülse.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine Positionserfassungseinrichtung
vorgesehen, die eine Position eines linear verstellbaren Bauteils
des Hydrozylinders erfasst. Dadurch lassen sich vorgegebene Umkehrpunkte
der Verreibe-Bewegung erfassen. Der Hydrozylinder kann unmittelbar
am Umkehrpunkt umgesteuert werden. Die Positionserfassung ist kostengünstig über mechanische Endschalter
oder einen induktiven Annäherungsschalter
darstellbar. Wird ein Wegsensor verwendet, so können beliebige Umkehrpunkte
elektronisch vorgegeben werden. Außerdem kann der Hydrozylinder einer
Lage-Regelung und/oder einer Geschwindigkeits-Regelung unterworfen
werden, um ein optimales Verreibe-Ergebnis zu erhalten.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung ist eine Rückstellvorrichtung vorgesehen, die
auf den Hydrozylinder eine seiner Betätigung entgegen gerichtete
Kraft ausübt.
Dies erlaubt eine sehr einfache Gestaltung des Hydrozylinders. Vorzugsweise
ist die Rückstellvorrichtung
so realisiert, dass auf der festen Welle eine Feder angeordnet ist,
welche sich an einem zweiten Anschlag an der Welle abstützt und
welche aufgrund ihrer Vorspannung den Hydrozylinder mit einer in
Richtung des ersten Anschlags gerichteten Kraft beaufschlagt. Der
Hydrozylinder und die Rückstellvorrichtung
sind als eigenständige
Baueinheiten ausgeführt
und lassen sich von verschiedenen Seiten auf die Welle aufschieben und
befestigen. Diese Baueinheiten sind einfach zugänglich. Eine Montage und ein
Austausch kann separat erfolgen. Durch die Einspannung des Hydrozylinders,
der Rückstellvorrichtung
und ggf. dazwischen angeordneter Lager der Farbwalze vereinfacht sich
die Befestigung dieser Baueinheiten auf der festen Welle. Es werden
lediglich zwei Anschläge
benötigt,
die z.B. kostengünstig
durch Sicherungsringe bzw. Sprengringe gebildet sein können.
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Einer
weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass wenigstens ein
weiterer einfach wirkender Hydrozylinder zur Bewegung wenigstens
einer weiteren Farbwalze vorgesehen ist und dass die Hydrozylinder
durch ein Ventil abwechselnd mit Druckmittel beaufschlagbar sind.
Dies erlaubt eine besonders energieeffiziente Ausnutzung des Fördervolumens
einer Hydropumpe, welche die Hydrozylinder mit Druckmittel versorgt.
Da ständig
ein Druckmittelbedarf vorhanden ist, kann eine einfache Konstantpumpe
verwendet werden.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung und deren Vorteile unter Bezugnahme
auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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1 stellt
eine Farbwalze dar, die mit dem erfindungsgemäßen Hubantrieb ausgestattet
ist, und
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2 ist
eine schematische hydraulische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung
der Verreibe-Bewegung an mehreren Farbwalzen.
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Gemäß 1 ist
eine Farbwalze 1 mit einer festen Welle 10 versehen.
Auf der Welle 10 sind Zylinderrollenlager 12 und 13 angeordnet.
Auf den Zylinderrollenlagern 12 und 13 ist der
Walzenmantel 14 der Farbwalze 1 drehbar gelagert.
Die Zylinderrollenlager 12 und 13 sind als Loslager
ausgeführt
und erlauben eine axiale Verschiebung des Walzenmantels 14.
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Die
Welle 10 trägt
auf der linken Seite einen Ringzylinder. Dieser ist aus einer inneren,
stufenzylindrischen Hülse 16 und
aus einer gegenüber
der inneren Hülse 16 axial
verschiebbaren äußeren zylindrischen
Hülse 20 gebildet.
An der inneren Hülse 16 ist rechtsseitig
ein zylinderförmiger
Laufabschnitt 17 und linksseitig ein radial vorstehender
flanschartiger Kragenabschnitt 18 gebildet. Die äußere Hülse 20 besitzt
linksseitig einen zylinderförmigen
Laufabschnitt 21. Der Innendurchmesser der äußeren Hülse 20 verjüngt sich
ausgehend vom Laufabschnitt 21 über einen Stufenabschnitt 22 zu
einem nach innen vorstehenden Kragenabschnitt 24. Ein Zylinderringraum 26 ist
durch die Wandflächen
der Laufabschnitte 17 und 21 und die Kragenabschnitte 18 und 24 begrenzt.
In den jeweiligen Kragenabschnitten 18 und 24 sind
Dichtungen 28 gehalten, die für eine Abdichtung des Zylinderringraums 26 sorgen.
Am Laufabschnitt 21 ist stirnseitig ein Anschlagring 25 befestigt.
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Der
Fluidanschluss des Ringzylinders umfasst eine Radialbohrung 30 im
Laufabschnitt 17 der inneren Hülse 16 und eine Innenringnut 32.
Die Innenringnut 32 kommuniziert über eine Radialbohrung 34 und
eine Axialbohrung 36 in der Welle 10 mit einem
Fluidanschluss 38 an der linken Stirnseite der Welle 10.
Der Bereich der Welle 10, in dem die Radialbohrung 34 austritt,
ist durch in Ringnuten geführte Dichtringe 40 an
der Innenumfangsfläche
der inneren Hülse 16 abgedichtet.
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Der
Ringzylinder stützt
sich über
einen Sicherungsring 42 an der Welle 10 ab. Die äußere Hülse 20 des
Ringzylinders liegt über
ein axial ausgerichtetes Rillenkugellager 44 an einem axial
verschiebbaren Käfig 46 des
Zylinderrollenlagers 12 an. Der Käfig 46 stützt sich
axial an einem Sicherungsring 48 an dem Walzenmantel 14 ab.
An einem weiteren am Walzenmantel 14 befestigten Sicherungsring 49 stützt sich
der axial verschiebbare Käfig 50 des
Zylinderrollenlagers 13 ab. Über ein weiteres Rillenkugellager 52 befindet
sich ein Stützring 54 in
Anlage mit dem Käfig 50.
Am Stützring 54 liegt
die auf der Welle 10 aufgeschobene Feder 56 an,
welche sich ihrerseits über
den Stützring 58 und
den Sicherungsring 60 an der Welle 10 abstützt.
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Die
Anordnung aus dem Ringzylinder, dem Rillenkugellager 44,
dem Käfig 46 des
Zylinderrollenlagers 12, dem Sicherungsring 48,
dem Walzenmantel 14, dem Sicherungsring 49, dem
Käfig 50 des
Zylinderrollenlager 13, dem Rillenkugellager 52,
dem Stützring 54,
der Feder 56 und dem Stützring 58 ist durch
eine Vorspannung der Feder 56 zwischen den zwei Sicherungsringen 42 und 60 axial
eingespannt.
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Wird
dem Zylinderringraum 26 Druckmittel zugeführt, so
verschiebt sich die äußere Hülse 20 unter
Vergrößerung des
Zylinderringraums 26 nach rechts, bis der Anschlagring 25 am
Sicherungsring 42 aufliegt und eine weitere nach rechts
gerichtete Bewegung der äußeren Hülse 20 verhindert.
Bei Entlastung des Zylinderringraums 26 wird die äußere Hülse 20 durch
die Vorspannung der Feder 56 nach links verschoben, bis
der Stufenabschnitt 22 mit seiner Kreisringfläche am Kragenabschnitt 18 der
inneren Hülse 16 zur
Anlage kommt. Dies verhindert eine weitere nach links gerichtete
Bewegung der äußeren Hülse 20 und
stellt ein Mindestvolumen des Zylinderringraums 26 sicher.
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Die
Einspannung des Walzenmantels 14 zwischen dem Ringzylinder
mittels des Sicherungsrings 48 einerseits und der Feder 56 mittels
des Sicherungsrings 49 anderseits sorgt dafür, dass
der Walzenmantel 14 von der äußeren Hülse 20 mitgenommen
wird und dieselbe Axialbewegung wie diese ausführt.
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Um
den Walzenmantel 14 eine oszillierende Axialbewegung ausführen zu
lassen, kann der Ringzylinder über
den Anschluss 38 abwechselnd mit Druckmittel beaufschlagt
und wieder entlastet werden. Dies kann z.B. mit Hilfe eines zeitgesteuerten Schaltventils
erfolgen. Zweckmäßigerweise
lässt man den
Ringzylinder jeweils an den entsprechenden Anschlag 25 oder 22 fahren,
bevor man die Bewegung umkehrt, so dass das volle Bewegungsspiel des
Ringzylinders ausgenützt
wird. Durch die Zeitsteuerung kann sich ein kurzes Verharren des
Ringzylinders an der Anschlagsposition ergeben. Die Position der äußeren Hülse kann
aber auch mit einem Wegsensor oder Endschaltern erfasst werden.
Dann lässt
sich das Erreichen eines Umkehrpunktes erfassen und die Bewegung
kann unmittelbar umgesteuert werden. Ein Wegsensor erlaubt in Verbindung
mit einer Regelelektronik nicht nur eine positionsgeregelte Axialbewegung
der Farbwalze sondern auch die Vorgabe eines Geschwindigkeitsprofils.
Dadurch kann z.B. das Verreibe-Ergebnis verbessert werden.
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In 2 ist
eine vorteilhafte hydraulische Schaltungsanordnung 70 zur
Betätigung
mehrerer in Gruppen zusammengefasster Farbwalzen dargestellt. Die
in 1 gezeigte Anordnung aus einem einfach wirkenden
Ringzylinder und der Rückstellfeder 56,
die entgegen gesetzt gerichtete Hubkräfte an dem Walzenmantel 14 zum
Angriff bringen, ist in 2 jeweils durch einen einfach
wirkenden Hubzylinder mit Federrückstellung 72, 73, 74 bzw. 75 vereinfacht
dargestellt. Die Hubzylinder 72 und 73 sind über Drosseln – zur Steuerung
des Druckmittelstroms – jeweils
mit dem Ausgang eines 3/2-Wege-Schaltventils 78 verbunden.
Ebenso sind die Hubzylinder 74 und 75 über Drosseln
mit dem Ausgang eines weiteren 3/2-Wege-Schaltventils 80 verbunden.
Die 3/2-Wege-Schaltventile 78 und 80 sind
eingangsseitig jeweils mit einer Druckmittelquelle 84 und
mit Tank verbunden. Beide 3/2-Wege-Schaltventile 78 und 80 sind
elektrisch betätigbar
und werden von einer Steuereinheit 82 angesteuert.
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Die
Betätigung
der 3/2-Wege-Schaltventile 78 und 80 erfolgt durch
die Steuereinheit 82 im zeitlichen Wechsel. Es sind z.B.
die Hubzylinder 72 und 73 mit der Druckmittelquelle 84 verbunden
während die
Hubzylinder 74 und 75 zum Tank entlastet sind. Dementsprechend
fahren die Hubzylinder 72 und 73 aus während die
Hubzylinder 74 und 75 durch die Wirkung der jeweiligen
Feder einfahren. Im nächsten Zeitintervall
wechselt die Betätigung
der 3/2-Wege-Schaltventile 78, 80 und
damit die Bewegungsrichtung der Hubzylinder. Da die Hubzylinder 72 und 73 bzw. 74 und 75 in
Gruppen jeweils wechselweise mit Druckmittel angesteuert werden,
kann eine einfache Konstantpumpe geringer Fördermenge zum Einsatz kommen.
Vorzugsweise lässt
man die Betätigungsintervalle
der 3/2-Wege-Schaltventile 78, 80 zum Umschaltzeitpunkt
kurz überlappen,
um Druckspitzen zu vermeiden.
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Zusammenfassend
ist durch die vorliegende Erfindung ein einfacher, effizienter und
in die Farbwalze integrierbarer hydraulischer Hubantrieb unter Verwendung
eines einfach wirkenden Hydrozylinders angegeben.
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- 1
- Farbwalze
- 10
- Feste
Welle
- 12
- Zylinderrollenlager
- 13
- Zylinderrollenlager
- 14
- Walzenmantel
- 16
- Innere
Hülse des
Ringzylinders
- 17
- Laufabschnitt
- 18
- Kragenabschnitt
- 20
- Äußere Hülse des
Ringzylinders
- 21
- Laufabschnitt
- 22
- Stufenabschnitt
- 24
- Kragenabschnitt
- 25
- Anschlagring
- 26
- Zylinderringraum
- 28
- Dichtungen
- 30
- Radialbohrung
- 32
- Innenringnut
- 34
- Radialbohrung
- 36
- Axialbohrung
- 38
- Fluidanschluss
- 40
- Dichtringe
- 42
- Sicherungsring
- 44
- Rillenkugellager
- 46
- Käfig
- 48
- Sicherungsring
- 49
- Sicherungsring
- 50
- Käfig
- 52
- Rillenkugellager
- 54
- Stützring
- 56
- Feder
- 58
- Stützring
- 60
- Sicherungsring
- 70
- Hydraulische
Schaltungsanordnung
- 72
- Hubzylinder
- 73
- Hubzylinder
- 74
- Hubzylinder
- 75
- Hubzylinder
- 78
- 3/2-Wege-Schaltventil
- 80
- 3/2-Wege-Schaltventil
- 82
- Steuereinheit
- 84
- Druckmittelquelle