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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Antrieb
eines Rotationskörpers
mit mindestens einem Antriebsmotor und mindestens einem Aktor.
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In
Rotationsdruckmaschinen werden zur Bedruckstoff- und Farbführung Rotationskörper in
Form von Zylindern, Trommeln und Walzen eingesetzt, die durch einen
Räderzug
oder durch Einzelantriebe angetrieben werden. Durch Formfehler der
Rotationskörper,
Exzenterfehler in der Lagerung von Antriebszahnrädern und Rotationskörpern oder
ungenügender
Regelgüte
von Einzelantrieben resultieren Lage- und Längenfehler des Druckbildes
in Umfangsrichtung, die nur teilweise oder nicht beeinflusst werden können.
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Aus
der
DE 10 2004
052 079A1 ist es bekannt, durch ein Überlagerungsgetriebe eine Überlagerung
der Drehbewegung eines zentralen Hauptantriebes mit einem lokalen
Hilfsantrieb an einem Plattenzylinder einer Bogenoffsetdruckmaschine
zu erzielen, um Umfangsregisterkorrekturen in jedem Druckwerk separat
vornehmen zu können.
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Aus
der
DE 199 30 998
A1 ist ein Druckmaschinenantrieb mit mehreren Außenläufermotoren bekannt,
deren Rotoren mit den Zylindern fest verbunden sind und gleichzeitig
jeweils einen Zahnkranz tragen, der Teil eines Antriebsräderzuges
ist, so dass trotz Einzelantriebskonzept die mechanische Kollisionssicherung
erhalten bleibt. Eine derartige Antriebsgestaltung ist für die Schwingungsdämpfung durch diskontinuierliche
Energiezufuhr zu den Einzelantrieben vorgesehen.
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Nachteilig
an diesen Lösungen
ist, dass der wirtschaftliche Aufwand für die Einzelantriebe und deren
Synchronisation hoch ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand
einen lokalen Zusatzantrieb zur Korrektur von Umfangsregisterfehlern
zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des ersten Anspruchs
oder eine Vorrichtung mit den Merkmalen des dritten Anspruchs gelöst.
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Die
dazu eingesetzten Aktoren sind definiert als mikrosystemtechnische
Stellmittel, die Stellsignale direkt in mechanische Arbeit, d.h.
Bewegungen, umsetzen. Die natürliche
Entsprechung des Aktors ist der Muskel. Für die vorgeschlagene Lösung sind insbesondere
die sogenannten "neuen
Aktoren" relevant,
die Bewegungen auslösen
können,
beispielsweise piezoelektrische, magnetostriktive, rheologische
Aktoren oder auch Formgedächtnislegierungen.
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Das
vorgeschlagene Verfahren zum Antrieb eines Rotationskörpers mit
mindestens einem Antriebsmotor und mindestens einem Aktor beruht
darauf, dass ein Drehmoment vom Antriebsmotor über einen Antriebsstrang auf
den Rotationskörper überfragen
wird, wobei das Gesamtdrehmoment von einer Reihenschaltung von Antriebsmotor
und Aktor im Antriebsstrang derart gebildet wird, dass die vom Antriebsmotor
erzeugte kontinuierliche Drehbewegung mit den vom Aktor erzeugten
diskontinuierlichen und drehwinkelbegrenzten Drehbewegungen überlagert wird.
Zur Realisierung des Verfahrens ist der Antriebsstrang an einer
kupplungsähnlichen
Trennstelle unterbrochen, wobei an der Trennstelle mindestens ein
Aktor bevorzugt als in Umfangsrichtung wirkender Linearantrieb angeordnet
ist, welcher – gesteuert von
einem Formänderungssignal – eine drehwinkelbegrenzte
Relativdrehung der beiden Teile des Antriebsstranges erzeugt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Antrieb von Rotationskörpern,
die mit einem Antriebsräderzug
und einem Hauptantrieb oder von Einzelantrieben über einen Antriebsstrang antreibbar
sind, weist im Wesentlichen eine Trennstelle im Antriebsstrang auf,
an der ein erster Teil des Antriebsstranges und ein zweiter Teil
des Antriebsstranges konzentrisch zueinander und in einem geringen
Winkel relativ zueinander drehbar auf einer Welle gelagert sind, wobei
die Teile an der Trennstelle mit Spiel ineinander greifende Oberflächenkonturen
mit korrespondierenden radial ausgerichteten Konturflächen aufweisen,
die den Relativdrehwinkel begrenzen und mindestens ein fernsteuerbarer
Aktor an einer der ineinander greifenden Oberflächenkonturen des ersten oder
zweiten Teils derart angeordnet ist und am jeweils anderen Teil
angreift, dass mit den Stellbewegungen des in Umfangsrichtung wirkenden
Aktors Relativdrehungen der Rotationskörper ausführbar sind. Die Teile des Antriebsstranges
können
an der Trennstelle nebeneinander auf einer Drehachse gelagert sein
und an ihren Stirnseiten ineinander greifen oder die Teile des Antriebsstranges
bilden an der Trennstelle einen inneren Zylinder und einen äußeren Zylinder
mit gemeinsamer Drehachse.
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Vorteilhaft
ist mindestens ein Aktor in einem der Freiräume zwischen den korrespondierenden
radial ausgerichteten Konturflächen
der ineinander greifenden Oberflächenkonturen
der Rotationskörper angeordnet.
Vorteilhaft für
die Ausbildung eines Drehmomentes ist die zentralsymmetrische Anordnung
der Vorsprünge
und Aktoren.
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Umfangsregisterfehler
der Druckbilder und Schwingungsdämpfungsmaßnahmen
an den einzelnen Rotationskörpern
von Druckmaschinen erfordern nur geringe Drehwinkelbeträge bzw.
Drehschwingungsamplituden für
Korrekturmaßnahmen,
die anstelle von aufwändig
geregelten Motoren ebenso auch mit kleinvolumigen, einfach ausgebildeten
Aktoren ausgeführt
werden können,
die flexibel an einer Vielzahl möglicher
Einbauorte im Antriebstrang zwischen Antriebsräderzug und Rotationskörper angeordnet
werden können.
Als Aktoren sind aufgrund ihrer hohen Stellkräfte, Verschleißbeständigkeit
und Steifigkeit piezoelektrische Stellmittel vorteilhaft. Mit den
gesteuerten Längendehnungs-
oder Kontraktionsbewegungen von piezoelektrischen Aktoren wird eine
einfach über
Spannungssignale steuerbare Drehung des einen Teiles gegenüber dem
anderen Teil der beiden ineinander greifenden Teile des Antriebsstranges
erreicht und gleichzeitig ist mit der Formstabilität der piezoelektrischen
Aktoren die notwendige Steifigkeit der Trennstelle für eine hysteresearme Übertragung
des Antriebsmomentes des Motors gewährleistet.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass Aktoren nur geringen Bauraum beanspruchen
und unabhängig
von der Antriebskonfiguration mechanisch und regelungstechnisch
einfach in vorhandene Antriebslösungen
integrierbar sind.
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Im
Folgenden soll die Erfindung am Beispiel eines Plattenzylinderantriebes
im Druckwerk einer Bogenoffsetrotationsdruckmaschine mit Zentralantrieb
beispielhaft erläutert
werden. Die dazugehörigen
Zeichnungen stellen dabei dar:
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1:
Ausschnitt einer Seitenansicht der Antriebsseite eines Druckwerkes
einer Bogenoffsetrotationsdruckmaschine
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2:
Schematische Darstellung eines geteilten Antriebszahnrades
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Eine
Bogenoffsetrotationsdruckmaschine besteht aus mehreren Druck- und/oder
Lackwerken, die von den zu bedruckenden Bogen nacheinander durchlaufen
werden. Jedes Druckwerk besteht aus einem Farbwerk und fakultativ
einem Feuchtwerk zum Einfärben
der Druckform, einem die Druckform bzw. Druckplatte auf seiner Mantelfläche tragenden Druckform-
bzw. Plattenzylinder PZ, einem im Abrollkontakt mit dem Plattenzylinder
PZ stehenden Offsetzylinder OZ und einem Gegendruckzylinder GZ,
auf dessen Mantelfläche
die Bedruckstoffbogen durch die Druckzone transportiert werden.
Der Offsetzylinder OZ ist an den Gegendruckzylinder GZ angestellt und
bildet mit diesem die Druckzone (1).
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Der
Antrieb der Zylinder PZ, OZ, GZ der Druckwerke oder der Walzen der
Farb- und Feuchtwerke erfolgt üblicherweise über einen
Druckwerk übergreifenden
Zahnrad-Antriebsräderzug 9,
der mit einem Hauptantrieb M verbunden ist und die Drehbewegungen
der einzelnen Rotationskörper
mechanisch synchronisiert. Jedes der Antriebsräder ist auf der Antriebswelle 1 eines
Zylinders PZ, OZ, GZ oder einer angetriebenen Walze drehfest angeordnet
und überträgt das Antriebsmoment
des Hauptantriebes M über
die Antriebswelle 1 auf den Zylinder PZ, OZ, GZ oder die
Walze. Der Antriebsstrang bei einem zentralen Druckmaschinenantrieb
wird somit vom Antriebsräderzug 9,
dem Antriebsrad und der Antriebswelle 1 des Zylinders PZ,
OZ, GZ oder der Walze und dem Zylinder PZ, OZ, GZ oder der Walze
bzw. bei geteiltem Zylinderaufbau vom Zylinderkern und Zylindermantel
gebildet.
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Im
Ausführungsbeispiel
gem. 2 ist als Trennstelle im Antriebsstrang das Plattenzylinder-Antriebszahnrad
vorgesehen, welches zweiteilig und mit zentralsymmetrisch angeordneten
Aktoren 4 zwischen den Zahnradteilen 2, 3 ausgebildet
ist. Als Aktoren 4 werden piezoelektrische Aktoren 4,
bevorzugt Piezostapelaktoren 4, eingesetzt.
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Das
zweiteilige Zahnrad weist – vergleichbar mit
einem Zweimassenschwungrad – einen
inneren Ring 2, der drehfest auf der Antriebswelle 1 des
Plattenzylinders PZ gelagert ist, und einen äußeren Ring 3, der
drehbar auf dem inneren Ring 2 gelagert ist (beispielsweise
mit einem Gleitlager) und den Zahnkranz 8 trägt, auf.
Der innere Ring 2 besitzt radial (sternförmig) nach
außen
gerichtete Vorsprünge 5, die
mit Spiel in damit korrespondierende Ausnehmungen 6 des äußeren Ringes 3 eingreifen.
In Umfangsrichtung wirkende Aktoren 4 sind in den spielbildenden
Freiräumen
zwischen den korrespondierenden radialen Konturflächen 7 der
Vorsprünge 5 und Ausnehmungen 6 so
angeordnet, dass sie eine abstandsverstellbare Kopplung zwischen
den gegenüberliegenden
Konturflächen 7 des
inneren und äußeren Ringes 2, 3 des
Zahnrades herstellen, zumindest aber als einseitig gelagerte verstellbare
Abstandhalter in Umfangsrichtung fungieren. Vorteilhaft sind die in
den äußeren Ring 3 eingreifenden
Vorsprünge 5 nockenartig
ausgebildet und tragen an ihren beiden radialen Flanken (Konturflächen 7)
jeweils mindestens einen Piezostapelaktor 4, wobei die
Aktoren 4 gleichgerichtet wirken. Die Längenexpansion des einen Aktors 4 erfolgt
gleichzeitig mit der Längenkontraktion
des auf der anderen Flanke eines Vorsprunges 5 (Nockens)
angeordneten Aktors 4.
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Die
Aktoren 4 sind beispielsweise über Schleifringkontakte am
Zahnrad mit einer Steuereinrichtung elektrisch verbunden, welche
die Piezostapelaktoren 4 mit einer von der zu erzielenden
Verformung der Piezokristalle bzw. Längenänderung der Aktoren 4 abhängigen Spannung
beaufschlagt. Die Spannungssteuerung und damit die relative Verdrehung
zwischen innerem und äußerem Ring 2, 3 des Zahnrades
erfolgt in Abhängigkeit
von der Drehwinkellage des angetriebenen Plattenzylinders PZ mit veränderlicher
Amplitude.
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Die
Trennstelle für
die Zwischenschaltung der Aktoren 4 kann ebenso an einer
Axial- oder Radialkupplung auf der Antriebswelle 1 bzw.
im Schenkel der Zylinder PZ, OZ, GZ/Walzen oder in den Zylindern
PZ, OZ, GZ/Walzen selbst vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein
Zylinderkern drehfest auf einer Antriebswelle 1 angeordnet
sein und der Zylindermantel umschließt den Zylinderkern rohrförmig, wobei
das Zylindermantelrohr gegenüber
dem Zylinderkern in einem geringen Winkel verdrehbar auf dem Zylinderkern
gelagert ist.
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Zur
Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung:
Die
Zylinder PZ, OZ, GZ und Walzen des Druckwerkes werden vom zentralem
Hauptantrieb M und Antriebsräderzug 9 oder
von elektronisch synchronisierten Einzelantrieben mit konstanter
Umfangsgeschwindigkeit angetrieben.
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Der
mit einem Gummituch bespannte Offsetzylinder OZ übernimmt das aufzubringende
Druckteilbild nach dem Einfärben
der auf dem rotierenden Plattenzylinder PZ aufgespannten Druckplatte
und überträgt es ebenfalls
im Abrollkontakt auf die auf dem Gegendruckzylinder GZ transportierten
Bogen. Infolge von Lagefehlern des Druckbildes auf der Druckplatte
(Druckform) oder Lagefehlern beim Aufspannen der Druckplatte auf
den Plattenzylinder PZ kommt es zu Lageabweichungen von der Solllage des
Druckbildes auf dem Bogen. Die Lageabweichungen können in
Umfangs- und Seitenrichtungen entstehen oder Schräglagen erzeugen.
Weiterhin kann es bei der Druckbildübertragung vom Plattenzylinder
PZ auf den Bogen zu Abwicklungsfehlern durch Durchmesserabweichungen
insbesondere am kompressiblen Offsetzylinder OZ kommen, die sich durch
Kürzer-
oder Längerdrucken
des Druckbildes bemerkbar machen.
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Die
Lagefehler in Umfangsrichtung und das Kürzer- oder Längerdrucken
werden erfindungsgemäß durch Überlagerung
der mit dem Offsetzylinder OZ synchronisierten Drehbewegung des
Plattenzylinders PZ mit von den Aktoren 4 erzeugten Korrekturdrehbewegungen
beseitigt, indem die Teile 2, 3 des Antriebstranges
an ihrer Trennstelle in oder entgegen der Drehrichtung zueinander
verdreht werden. Durch die Längenexpansion
und -kontraktion der Aktoren 4 erfolgt eine zusätzliche
Drehung des inneren Ringes 2 des Zahnrades gegenüber dem äußeren Ring 3,
der in den Antriebsräderzug 9 eingreift.
Dadurch findet eine gesteuerte Änderung
der Drehwinkellage der Antriebswelle 1 des Plattenzylinders
PZ gegenüber
der Zahnflankenlage des Antriebsräderzuges 9 statt,
die auf bestimmte Drehwinkelsektoren beschränkt sein kann oder dauerhaft
aufrecht erhalten wird. Die Drehwinkellage des Plattenzylinders
PZ wird somit gegenüber
dem Offsetzylinder OZ vorübergehend
oder dauerhaft für
einen gesamten Druckauftrag geändert.
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Durch
kontinuierlich während
des Bogendurchlaufes durch die Druckzone zunehmende Verdrehung rotiert
der Plattenzylinder PZ schneller, durch kontinuierlich abnehmende
Verdrehung langsamer als der Offsetzylinder OZ, während das
Druckteilbild vom Plattenzylinder PZ auf den Offsetzylinder OZ im
Abrollkontakt übertragen
wird, wodurch Kürzer- und Längerdruck
beseitigt werden kann. Durch dauerhaftes Verdrehen der Teile 2, 3 an
der Trennstelle entgegen der Drehrichtung des Plattenzylinders PZ
wird ein Verschieben des Druckanfanges zum Bogenende hin erreicht
und mit einer Zusatzdrehung in Drehrichtung ein Verschieben des
Druckteilbildes zum Bogenanfang. Die Größe des von den Aktoren 4 kompensierbaren
Druckbildlagefehlers hängt von
der Bemessung des Drehspieles an der Trennstelle und von den erreichbaren
Stellwegen der Aktoren 4 ab. Bei Einsatz von Piezostapelaktoren 4 wird die
Längenänderung
von der Anzahl der pro Stapel aneinander gereihten Piezoaktoren 4 und
der angelegten Spannung bestimmt.
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Der
für die
gewünschte
Verdrehung bzw. Längenänderung
der Aktoren 4 benötigte
Steuerspannungsverlauf wird von der Steuereinheit, die durch Drehwinkelgeber
an einem oder mehreren Rotationskörpern der Druckmaschine mit
der Drehbewegung der Zylinder PZ, OZ, GZ oder Walzen synchronisiert
ist, an die Aktoren 4 ausgegeben.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
oder der Vorrichtung können
einerseits Drehwinkellageabweichungen zwischen Rotationskörpern durch
Relativdrehungen zwischen dem drehfest auf der Antriebswelle 1 eines
der Rotationskörper
angeordneten inneren Ring 2 eines Zahnrades und dem äußeren, innerhalb
des Drehwinkelspiels an der Trennstelle zwischen den Zahnradteilen
beweglichen Ring 3 des Zahnrades kompensiert werden. Dabei
rotiert der innere Ring 2 mit der Antriebswelle 1 gegenüber dem äußeren Ring 3 (Zahnkranz 8)
voraus- oder nacheilend.
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Durch
den Einsatz von Aktoren 4 ist möglich, die Stellbereiche für die Kompensation
von Umfangsregisterabweichungen gegenüber den dazu in bekannter Weise
vorgesehenen Umfangsregisterstelleinrichtungen zu vergrößern und
darüber
hinaus auch Effekte des Kürzer-
oder Längerdruckens
auszugleichen, wozu übliche
Umfangsregisterstelleinrichtungen nicht geeignet sind.
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Andererseits
können
aber auch durch die bei der Relativdrehung im Antriebstrang auftretenden Beschleunigungs-
oder Bremskräfte
und die verzögerungsarme
Reaktion der Aktoren 4 auf Stellsignale periodische und
nicht periodische Drehschwingungen im Antriebsräderzug 9 gedämpft werden,
wobei infolge der Steifigkeit der Trennstelle bei Verwendung von
Piezoaktoren 4 die sonst bei Einsatz von Zusatzantrieben
zur Schwingungskompensation auftretenden dynamischen Probleme sicher
vermieden werden.
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- 1
- Antriebswelle
- 2
- erster
Teil, innerer Ring
- 3
- zweiter
Teil, äußerer Ring
- 4
- Aktor,
piezoelektrischer Aktor, Piezostapelaktor
- 5
- Oberflächenkontur,
Vorsprung
- 6
- Oberflächenkontur,
Ausnehmung
- 7
- Konturfläche
- 8
- Zahnkranz
- 9
- Antriebsräderzug
- GZ
- Gegendruckzylinder
- OZ
- Offsetzylinder
- PZ
- Plattenzylinder
- M
- Antriebsmotor,
Hauptantrieb