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Die
Erfindung betrifft eine Bogenführungseinrichtung
für Bedruckstoffe
mit unterschiedlichen Bogensteifigkeiten in Bogenrotationsdruckmaschinen.
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Die
zunehmende Variationsbreite der Einsatzmöglichkeiten von Bogenrotationsdruckmaschinen
führt unter
anderem zu höheren
Anforderungen an die verarbeitungstechnische Flexibilität der Druckmaschinen.
Dazu gehören
auch erweiterte Einstellmöglichkeiten
an Druckmaschinenelementen, die durch Zustellbewegungen oder Lageänderungen
den Betriebszustand der Druckmaschine, d.h. Medientransport- und
Bildübertragungsprozesse
innerhalb der Druckmaschine, beeinflussen.
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Eine
wichtige Rolle spielen dabei Leit- bzw. Führungselemente für den Bedruckstofftransport durch
die Bogenrotationsdruckmaschine, insbesondere Bogenführungselemente
entlang des Bogenweges auf den bogenführenden Zylindern, die eine
beschädigungs-
und abschmierfreie pneumatische und/oder mechanische Führung jedes
einzelnen Bogens entlang einer optimalen Bogenbahn gewährleisten
sollen. Da das Transportverhalten des Bedruckstoffes von einer Vielzahl
von Bedruckstoffeigenschaften, abhängig ist, wie z.B. seiner Größe, Steifigkeit,
Geschwindigkeit oder seiner Farbbelegung, erfordert eine optimale
Bedruckstoffführung auch
eine stufenlose Lageverstellbarkeit der daran beteiligten Bogenleit-
oder Bogenführungselemente innerhalb
eines breiten Stellbereiches.
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Zur
Einstellung von Bogenführungseinrichtungen
in Bogenrotationsdruckmaschinen auf die jeweiligen Randbedingungen
ist es beispielsweise aus der
DE 43 44 039 A1 bekannt, den Luftkasten einer Bogenleiteinrichtung
in einer Bogenoffsetrotationsdruckmaschine unter einer Übergabetrommel
zwischen zwei Stellungen für
Schöndruck
und Schön- und
Widerdruck zu verschwenken. Durch Verschwenken des Leitbleches des
Luftkastens unter der Übergabetrommel
wird die einlaufseitige Spitze des Leitbleches in zwei verschiedene
Positionen gebracht und die Bogen entweder mit Saugluft auf dem Leitblech
oder mit Blasluft schwebend geführt.
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Eine
weitere, aus der
DE
200 02 090 U1 bekannte Lösung sieht vor, den Abstand
zwischen einer Leitfläche,
einer luftdurchlässigen
Zwischenwand und einem Kammerboden stufenlos veränderbar zu gestalten, um über das
Luftvolumen des von der Zwischenwand eingeschlossenen Luftraumes
oder des gesamten Luftkastens die Druckverteilung der Blas- oder
Saugluftführung
zu optimieren. Die Abstandsverstellung soll über einen Linearmotor stufenlos
erfolgen.
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Darüber hinaus
ist es aufgrund des begrenzten Bauraums in einer Druckmaschine teilweise
unumgänglich,
dass mehrere Druckmaschinenelemente eine Arbeitsposition sequentiell
benutzen. Beispielsweise ist dies bei einem Druckzylinder einer Bogendruckma schine
der Fall, wenn der Druckzylinderabschnitt nach der Druckzone im
Druckbetrieb zur Anstellung von Bogenleitstäben für die Führung biegesteifer Bogen dient
und im Reinigungsbetrieb nach dem Wegschwenken der Leitstäbe eine
Wascheinrichtung an die Zylinderoberfläche angestellt wird. Dazu ist
ebenfalls eine kontinuierliche Lageverstellbarkeit von Druckmaschinenelementen
erforderlich.
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Es
ist bekannt, dass für
die Verstellbewegung von Bogenleit- oder Bogenführungselementen Pneumatikzylinder
oder Stellmotoren als Stellantriebe eingesetzt werden. Nachteilig
daran ist, dass mit kostengünstigen
Pneumatikzylindern und einfachen Stellmotoren mit Endschaltern lediglich
zwei Positionen anfahrbar sind. Eine kontinuierliche (stufenlose) Lageverstellung
erfordert kostenintensive Linearmotoren mit Wegmesseinrichtungen
oder Servomotoren mit integrierten Inkrementalwinkelgebern. Nachteilig an
den bekannten Lösungen
für motorische
Stellantriebe sind die hohen Kosten und die mangelnde Überlastsicherung.
Bei unvollständiger
Bogenvereinzelung oder bei Übergabefehlern
an den Greifersystemen kann es zur Ansammlung mehrerer Bogen im Bogentransportweg
kommen, die zu Bogenknautsch und Beschädigungen an Bogenführungseinrichtungen
und Druckmaschinenzylindern führen
können, wenn
diese ortsfest gelagert sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Bogenführungseinrichtungen
ausgehend von den genannten Nachteilen mit geringem Aufwand zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Bogenführungseinrichtung
mit den Merkmalen des ersten Anspruchs gelöst.
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Durch
die Verwendung stufenlos verstellbarer pneumatischer Elemente zur
Positionierung der Bogenführungseinrichtungen
ist eine einfache Anpassung der Lage der Bogenführungselemente an die zu verarbeitende
Bedruckstoffsteifigkeit über
die Einstellung des Steuerluftdruckes im Innenvolumen eines pneumatischen
Muskels möglich.
Pneumatische Muskeln besitzen vorteilhafte Eigenschaften. Sie entwickeln
im gestreckten Zustand bis zu 10 Mal mehr Kraft als konventionelle
Pneumatikzylinder und verbrauchen nur 40% der Energie eines vergleichbaren
Pneumatikzylinders. Der Antrieb erfolgt vollkommen reibungsfrei.
Stelleinrichtungen mit pneumatischen Muskeln sind kostengünstiger
realisierbar als bei Verwendung elektrischer Antriebe und gewährleisten
zusätzlich
unter kritischen Einsatzbedingungen einen ausreichenden Brand- und
Explosionsschutz. Pneumatische Muskeln besitzen eine für pneumatische
Stellmittel ausgezeichnete Positionswiederholgenauigkeit. Darüber hinaus
weist der pneumatische Muskel bedingt durch seinen Aufbau einen Überlastschutz
auf.
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Die
Erfindung soll am Beispiel eines schwenkbaren Luftkastens für die abschmierfreie
Bogenführung
in einer Bogenrotationsdruckmaschine näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt
in
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1 eine
schematische Darstellung eines stufenlos schwenkbaren Luftkastens
unter einer Übergabetrommel
einer Bogenrotationsdruckmaschine mit einem pneumatischen Muskel
als Stellmittel
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Wie
aus der 1 ersichtlich, ist unterhalb einer Übergabetrommel 2,
die dem Transport von bedruckbaren Papier-, Karton- oder Kunststoffbogen von
einem vorgeordneten Druckzylinder 1 zu einem nachgeordneten
Druckzylinder dient, eine Bogenführungseinrichtung
angeordnet, die aus einem gestellfesten Luftkasten 5 und
einem in Bogentransportrichtung vorgeordneten schwenkbaren Luftkasten 3 besteht.
Der schwenkbare Luftkasten 3 ist in einem Drehpunkt 4 unterhalb
der Drehachse der Übergabetrommel 2 in
Höhe der
Leitfläche
am festen Luftkasten 5 schwenkbar gelagert. Beide Luftkästen 3,5 erstrecken
sich über
die gesamte Breite der Übergabetrommel 2 und
bilden eine zusammenhängende,
dem Bogenweg angepasste Führungsfläche für die Bogen.
Die Führungsfläche kann
Luftöffnungen
für eine Blasluft-
oder Saugluftführung
der Bogen aufweisen. Die Luftkästen 3,5 sind
in diesem Fall an nicht dargestellte Blas- oder Sauglufterzeuger
angeschlossen. Dem schwenkbaren Luftkasten 3 ist ein pneumatischer
Muskel 11 als stufenlos einstellbares Stellmittel zugeordnet.
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Der
schwenkbare Luftkasten 3 stützt sich an seiner beweglichen
Seite mit seiner Unterseite auf einem Rollenhebel 7 ab.
Der Rollenhebel 7 ist an seinem anderen Ende drehbar an
einem gestellfesten Drehpunkt 8 unterhalb des schwenkbaren
Luftkastens 3 gelagert. Am Rollenhebel 7 greift
eine Koppel 9 an, die mit einem Endstück 11.E an einer beweglichen
Stirnseite eines pneumatischen Muskels 11 verbunden ist.
Ein gestellfestes Endstück 11.E des pneumatischen
Muskels 11 ist an einem Gelenkpunkt 10 schwenkbar
gelagert. Die als Druckstange wirkende Koppel 9 ist in
einem luftdichten Gleitlager durch das gestellfest gelagerte Endstück 11.E hindurchgeführt.
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Die
Endstücke 11.E schließen den
zylinderförmigen
inneren Luftraum des Muskelschlauches 11.S an beiden Stirnseiten
luftdicht ab. Eines der Endstücke 11.E ist
mit einem Druckluftanschluss für den
elastischen Muskelschlauch 11.S ausgestattet. Der innere
Luftraum des pneumatischen Muskels 11 wird über eine
pneumatische Verbindung (Druckluftleitung) 12 mit Druckluft
beaufschlagt. Dies erfolgt über
eine Druckregeleinrichtung 13, beispielsweise einen einstellbaren
Druckminderer oder vorzugsweise über
ein Proportionalventil. Das Proportionalventil enthält einen
lagegeregelten Drosselschieber, dessen Öffnungsposition über ein
analoges Spannungssteuersignal steuerbar ist.
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Die
Steuerung der pneumatischen Stellmittel kann über
- – eine gemeinsame
Druckregeleinrichtung 13 oder
- – zur
besseren Lageanpassung der Bogenführungselemente 3 an
die örtlichen
Bogenführungsbedingungen über separate,
jeweils einem pneumatischen Stellmittel zugeordnete Druckregeleinrichtungen 13 unabhängig voneinander
erfolgen,
wobei die Druckregeleinrichtungen 13 nach der Bedruckstoffart
manuell oder automatisch voreinstellbar sind.
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Die
Druckregeleinrichtungen 13 bilden beispielsweise mit jeweils
einem oder mehreren Sensoren zur Bogenlageerfassung am Bogenführungselement 3 einen
Regelkreis zur optimalen Lageeinstellung der Bogenführungselemente 3.
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Der
aktive Teil des pneumatischen Muskels 11 besteht aus einem
gewebeverstärkten
Muskelschlauch 11.S, der aus zwei Hauptkomponenten aufgebaut
ist, dem elastomeren Schlauchmaterial und darin eingelagerten Gewebefasern
aus einem nichtdehnbaren Material, die als Festigkeitsträger dienen und
die Druck- und Betriebskräfte
aufnehmen. Über die Änderung
des Luftdruckes im Innenvolumen des Muskelschlauches 11.S wird
der Dehnungsgrad (der Querschnitt) des Muskelschlauches 11.S beeinflusst.
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Die
Rautenstruktur und die Undehnbarkeit der Gewebefasern führt zu einer
Umformung von Querdehnungen des Schlauchmaterials in eine Längenkontraktion
des Muskelschlauches 11.S, die maximal 25% der Muskellänge betragen
kann.
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Zur
Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung:
Wird
der pneumatische Muskel 11 mit einem höheren Innendruck beaufschlagt,
weitet sich der Muskelschlauch 11.S durch die höheren Radialkräfte auf und
sein Durchmesser nimmt zu. Durch die in das elastomere Schlauchmaterial
eingebetteten undehnbaren Fasern bewirkt die Querschnittszunahme gleichzeitig
eine Verkürzung
der Muskellänge
und damit eine Verlagerung der beweglichen Stirnseite des pneumatischen
Muskels 11 in Richtung auf den Luftkasten 3, die über das
Endstück 11.E und
die daran angreifende Koppel 9 auf die Drehwinkellage des Rollenhebels 7 übertragen
wird. Durch die in Richtung Luftkasten 3 bewegte Koppel 9 führt der
Rollenhebel 7 eine Schwenkbewegung gegen den Luftkasten 3 aus
und hebt dabei den Luftkasten 3 an. Dies kann beispielsweise
für die
Blasluftführung
von dünnen
Papierbogen, die zum Abrutschen von der senkrechten Mantelfläche des
vorgeordneten Druckzylinders 1 oder der Übergabetrommel 2 neigen,
vorteilhaft sein.
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Sollen
dagegen biegesteife Kartonbogen bedruckt werden, die mit ihrem hinteren
Bereich von der Mantelfläche
abspreizen, ist ein größerer Luftspalt zur
Leitfläche
des Luftkastens 3 erforderlich. Der pneumatische Muskel 11 wird
deshalb mit einem geringeren Luftdruck beaufschlagt, wobei der Durchmesser
des Muskelschlauches 11.S abnimmt und dessen Länge zunimmt.
Der Rollenhebel 7 schwenkt dadurch unter dem Eigengewicht
des Luftkastens 3 von der Übergabetrommel weg, wobei die
bewegliche Seite des schwenkbaren Luftkastens 3 abgesenkt
und der Luftspalt zur Trommeloberfläche vergrößert wird.
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Über den
Innendruck des pneumatischen Muskels 11 ist eine stufenlose
Kontraktion und damit Positionseinstellung des Luftkastens 3 möglich. Unter
Verwendung nichtlinearer Regelungsansätze können Positionierungsgenauigkeiten
bis in den Mikrometerbereich erreicht werden.
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Die
Druckregeleinrichtungen 13 können mit bedruckstoffabhängigen Voreinstellwerten
aus einer Auftragsdatenbank ansteuerbar sein. In der Auftragsdatenbank,
die entweder dem Leitstand der Druckmaschine oder dem Druckereinetzwerk
zugeordnet ist, werden die Luftdruckeinstellwerte vorangegangener
Druckaufträge
gespeichert und bei Ähnlichkeit der
Bedruckstoffeigenschaften des aktuellen Druckauftrages mit einem
der abgespeicherten Bedruckstoffdatensätze, insbesondere trifft dies
für das
die Bogensteifigkeit kennzeichnende Flächengewicht zu, wird der korrelierende
Luftdruckdatensatz aus dem Speicher ausgelesen und damit über eine
bekannte (nicht näher
beschriebene) Maschinensteuerung die Druckregeleinrichtungen 13 angesteuert
und die Lagen der Bogenführungselemente 3 voreingestellt.
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Der
Aufbau eines pneumatischen Muskels 11 gewährleistet
einen wirksamen Überlastschutz. Durch
die Begrenzung des eingeschlossenen Luftvolumens mit einer Gummimembran
bleibt das gesamte System elastisch. Im Havariefall, z.B. bei Bogenknautsch,
bei dem das Leitblech durch den Knautsch aus seiner Position gedrückt wird,
dehnt sich die Membran und das Bogenführungselement 3 weicht dem
steigenden Druck ohne Zerstörung
aus.
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Anstelle
des einfachen Schwenkhebels sind im Rahmen der Erfindung auch andere
Kopplungsvarianten zwischen pneumatischem Muskel 11 und
verstellbarem Druckmaschinenelement 3 möglich. Ebenso möglich ist
auch die Lageverstellung nur eines Teils der pneumatischen Bogenführung, z.B.
nur der Bogenleitfläche,
in Verbindung mit flexiblen Seitenwänden, während der Luftkasten gestellfest
gelagert ist.
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Im
Rahmen der Erfindung kann der pneumatische Muskel 11 ebenso
zur stufenlosen Verstellung von Sicherheitselementen, z.B. Schutzabdeckungen, verwendet
werden.
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- 1
- Druckzylinder
- 2
- Übergabetrommel
- 3
- Bogenführungselement,
schwenkbarer Luftkasten
- 4
- Drehpunkt
des schwenkbaren Luftkastens
- 5
- gestellfester
Luftkasten
- 6
-
- 7
- Rollenhebel
- 8
- Drehpunkt
- 9
- Koppel
- 10
- gestellfester
Gelenkpunkt
- 11
- pneumatischer
Muskel
- 11.E
- Endstück
- 11.S
- Muskelschlauch
- 12
- pneumatische
Verbindung
- 13
- Druckregeleinrichtung