DE102007024767A1

DE102007024767A1 - Lagereinheit für einen Druckwerkszylinder und ein Verfahren zum Reduzieren von Schwingungsamplituden bei Druckwerkszylindern

Info

Publication number: DE102007024767A1
Application number: DE102007024767A
Authority: DE
Inventors: Ralf Christel
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2007-05-26
Filing date: 2007-05-26
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2027-05-27
Also published as: DE102007024767B4; EP2006097A3; EP2006097A2; EP2006097B1

Abstract

Eine Lagereinheit für einen Druckwerkszylinder einer Druckmaschine umfasst ein Lager und ein das Lager aufnehmendes Lagergehäuse. Das Lager umfasst einen Lageraußenring, einen Lagerinnenring und einen zwischen Lageraußenring und Lagerinnenring aufgenommenen Wälzkörpersatz. Mindestens ein zwischen Lagergehäuse und Lageraußenring wirkendes piezoelektrisches Stellelement ist vorgesehen, wobei der Lageraußenring im Lagergehäuse im Druckbetrieb der Druckmaschine in einer Ebene senkrecht zur Achse der Lagereinheit mittels des piezoelektrischen Stellelements beweglich angeordnet ist. Hiermit lässt silituden der Biegeeigenformen eines Druckwerkszylinders realisieren, indem an den Lagerstellen des Druckwerkszylinders mittels der piezoelektrischen Stellelemente eine dynamische Fußpunktverschiebung erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit für einen Druckwerkszylinder und ein Verfahren zum Reduzieren der Schwingungsamplituden eines Druckwerkszylinders gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 56.
Bei Druckmaschinen, insbesondere auch Rollenrotationsoffsetdruckmaschinen, führt der Wunsch der Anwender nach erhöhter Flexibilität basierend auf einem kleinen Seitensprung, was zu Einfachumfang-Plattenzylindern führt, bei gleichzeitig hoher Produktivität, was zu mehrfachbreiten Druckmaschinen führt, zu vergleichsweise biegeweichen Druckzylindern und damit zu Maschinenkonzepten mit potenziell hoher Anfälligkeit gegen Schwingungsstreifen im Druckbild.
In der Literatur sind diverse Verfahren zur Reduzierung der Biegedeformation von rotatorischen Bauteilen zu finden. Die einzelnen Verfahren lassen sich in passive Verfahren und in aktive Verfahren unterscheiden. Im Gegensatz zu passiven Verfahren, z. B. konstruktiven, zeitlich konstanten Maßnahmen wie beispielsweise Reduktion der Kanalschlagkraft durch Verwendung besonders schmaler Zylinderkanäle, sog. „Minigaps" oder durch Sleeves am Gummizylinder, wird bei aktiven Verfahren abhängig vom Maschinenzustand, zeitlich veränderlich und unter Verwendung zusätzlicher Energie, in geeigneter Weise eingegriffen. Aktive Verfahren können entsprechend ihrer Wirkungsweise in statische und dynamische Verfahren untergliedert werden. Bei statischen Systemen werden die Stellglieder in längeren Zeitskalen aktualisiert, um veränderten Randbedingungen, wie z. B. Produktionswechsel, andere Verbrauchsstoffe oder temperaturbedingte Veränderungen, zu kompensieren. Dynamische Verfahren hingegen weisen deutlich geringere Zykluszeiten (im Bereich der Eigenfrequenzen relevanter Schwingungsmoden) auf, um dem dynamischen Schwingungsverhalten über Aktoren entgegenzuwirken. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem aktiven Verfahren zur dynamischen Reduktion der Biegeschwingungsamplituden.
Im Falle der WO 01/50035 A1 sowie der JP 11 170 474 wird durch Einleiten von Axialkräften im Abstand zur Zylinderlängsachse ein Biegemoment eingeleitet, das den Kraftabfall bei Überrollung des Spannkanals ausgleichen soll.
Meist wirkt eine veränderliche äußere Kraft auf ein zusätzliches, im Abstand zum Maschinenlager angebrachtes Lager, um ein Biegemoment quer zur Drehachse zur Reduzierung der statischen Durchbiegung einzuleiten, vgl. z. B. DE 44 20 355 C1 . Aus der WO 2004/016431 A1 ist eine Vorrichtung in der Nähe des Spannkanals in der Zylinderoberfläche beschrieben, die abhängig vom Maschinenzustand (Drehzahl) eine radiale Erhöhung (Lage und Höhe) zur destruktiven Interferenz mit der Kanalschlagkraft ausbildet.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren zur aktiven Schwingungsdämpfung sind fast ausschließlich zur Dämpfung resonant erzwungener Schwingungen in Werkzeugmaschinen in Gebrauch, wo eine kontinuierliche Anregung (Unwucht, Rattermarken, Prozesskräfte) vorliegt. Hierbei reichen zur Dämpfung bereits geringe, kontinuierlich eingebrachte Kräfte aus, die aus einer messtechnischen Erfassung des Istwertes und einem Regelalgorithmus abgeleitet werden.
Im Gegensatz dazu entstehen die Kanalschlag-Schwingungen von Druckzylindern durch eine einmalige pro Umdrehung oder periodische, pulsförmige Anregung. Die Kraftanregung erfolgt durch Wegfall bzw. Reduktion der Andrückkraft bei Überrollung der Unterbrechung der Mantelfläche (z. B. Spannkanal der Öffnung zur Aufnahme von einem Aufzug). Aufgrund der sehr kurzzeitig wirkenden Schlaganregung und der Forderung, bereits die erste Schwingung nahezu vollständig zu unterdrücken, die andernfalls bereits als Qualitätsmangel im Druckprodukt sichtbar wäre, werden neue Konzepte bzgl. Aktorik und Ansteuerung erforderlich.
Befindet sich die Aktorik im Druckzylinder, führt das zu hohen Fertigungs- und Montagekosten und darüber hinaus zu Problemen durch die Zylinderrotation, beispielsweise Problemen im Zusammengang mit dann erforderlichen Drehdurchführungen oder im Zusammenhang mit Elektronik und Aktorik, die hohen Zentrifugalbeschleunigungen bis maximal dem 350 bis 400-fachen der Erdbeschleunigung ausgesetzt sind.
Ein zusätzliches Lager im Abstand zum Maschinenlager zur Biegemomenteinleitung führt zu zahlreichen technischen Problemen, wie z. B. zu geringe Steifigkeit des Lagerzapfens für Momenteinleitung und dadurch hohe erforderliche Hübe und damit auch Baulänge der Aktorik und Kollision mit benachbarten Baugruppen wie Seitenregister oder Antrieb.
Aus der DE 200 11 948 U1 ist eine Lageranordnung für eine Druckmaschine bekannt, wobei zwischen einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring Wälzkörper angeordnet sind und der Lageraußenring einen seitlichen Befestigungsflansch aufweist, mit dem er an einem Gehäuse festlegbar ist. Zwischen dem Gehäuse und dem Lageraußenring ist mindestens ein piezoelektrische Stellelement angeordnet, über das eine im Mikrometerbereich liegende exakte radiale Positionierung des Lagers in der Gehäusebohrung erreicht werden kann, bevor das Lager dann in üblicher Weise mittels Schrauben am Gehäuse festgelegt wird. Im Druckbetrieb der Druckmaschine ist das Lager gegenüber dem Gehäuse somit starr fixiert.
Aus der WO 2006/061432 A1 sind ein Verfahren und Vorrichtungen zur Schwingungsreduktion eines Zylinders einer Rotationsdruckmaschine bekannt, wobei Aktoren in Form von piezoelektrischen Stellelementen in einem ein Radiallager aufnehmenden schlittenartigen Lagerblock einer Linearlagereinheit vorgesehen sind, die der Reduzierung der durch Kanalschläge hervorgerufenen Zylinderschwingungen dienen. Diese Druckschrift offenbart auch die Triggerung bzw. Skalierung der Aktorsollkurve sowie Details des adaptiven Vorsteuerkonzepts betreffend Messstellen, Signalaufbereitung, Generierung der Sollwertkurve u. dgl..
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagereinheit für einen Druckwerkszylinder und ein Verfahren zum Reduzieren von Schwingungsamplituden bei Druckwerkszylindern zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 56 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass während des Druckbetriebes mittels einer geeigneten Aktorik, d. h. mittels der piezoelektrischen Stellelemente bzw. Piezoaktoren, an den Lagerstellen des Druckwerkszylinders eine Kraft eingeleitet werden kann, die den Wegfall bzw. die Verringerung der Druckspannung beim Überrollen eines Zylinderkanals, beispielsweise eines Spannkanals eines Plattenzylinders, kompensiert und somit eine Schwingungsanregung vermeidet. Zu diesem Zweck werden mittels der Piezoaktoren über das Lager in den Druckwerkszylinder Radialkräfte eingeleitet, die in Größe und Wirkungsdauer der Kanalschlagkraft im Wesentlichen entsprechen. Gilt zu jedem Zeitpunkt, dass die Summe von Kanalschlagkraft und Aktorkraft gleich Null ist, so kann eine Bewegung des Zylinderschwerpunktes vermieden werden.
Die Erfindung ermöglicht eine Integration einer geeigneten Aktorik zur Verschiebung des Lagermittelpunktes des Druckwerkszylinders und eines geeigneten Messsystems zur Berechnung der Aktorstellkurve in eine vormontierte, kompakte Lagereinheit, die den Anforderungen hinsichtlich Bauraum und Anschlusskonstruktionen eines Druckwerkszylinders in einer Druckmaschine genügt.
Die kompakte und montagefreundliche Lagereinheit, die vormontiert, eingestellt, z. B. per Schrumpfsitz auf den Wellensitz des Druckwerkszylinders montiert und komplett mit dem Druckwerkszylinder an ein Seitengestell der Druckmaschine montiert wird, führt zu keinerlei Kollision mit benachbarten Baugruppen wie Seitenregister oder Antrieb; die Aktoren und die Leistungselektronik sind am Lagergehäuse, also an feststehenden Bauteilen angebracht.
Durch die insbesondere orthogonale Wirkrichtungen der vorzugsweise zwei Aktoren werden Verschiebungen des Lagermittelpunktes in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse ermöglicht die Lagereinheiten sind somit für verschiedene Druckwerkstypen (Zylinderwinkel bzw. Kanalschlagrichtung) einsetzbar.
Bei den gegenwärtig typischen Druckwerkbelastungen sind Aktorabmessungen erforderlich, die in der bevorzugten Querschnittsform der Lagereinheit, also Vorspannungsseite abgerundet und Aktorseiten eckig, eingebaut werden können. Die wirksame Aktorlänge kann somit auf ca. 50% des Zylinderradius gesteigert werden. Nachdem bei Piezoaktoren der Hub proportional zur wirksamen Länge ist, können Aktoren relevanter Größe verbaut werden, wobei dennoch ausreichend Bauraum für Radiallager gewährleistet ist.
Im Falle der vorliegenden Erfindung ist somit eine Integration von Aktorik und Sensorik in eine kompakte Baueinheit in Form einer Lagereinheit möglich, unter maximaler Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums. Im Falle eines Plattenzylinders beispielsweise einer Rollenrotationsdruckmaschine, beispielsweise einer Rollenrotationsoffsetdruckmaschine ergibt sich die Bauraumbeschränkung in radialer Richtung im Wesentlichen aus der Forderung, mehrere Farb- bzw. Feuchtauftragswalzen mit entsprechenden Verstellmechanismen um die Mantelfläche des Plattenzylinders herum anbringen zu können und zwischen Plattenzylinder und Gummizylinder den erforderlichen Achsabstand einzuhalten.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Lagereinheit eine Seitenregister-Verstelleinrichtung umfassen, die ein Axiallager zum axialen Verstellen des in der Lagereinheit aufgenommenen Druckwerkszylinders umfassen kann, welches mittels einer Gewindeeinrichtung verstellbar sein kann. Eine solche Lagereinheit eignet sich insbesondere auch zur Verwendung im Zusammenhang mit Plattenzylindern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Lagereinheit, mit Blickrichtung auf die Kontaktfläche zum Seitengestell der Druckmaschine;
2 die Lagereinheit gemäß 1 teilweise im Schnitt;
3 die Lagereinheit gemäß 1 und 2, von der anderen Seite, also mit Blickrichtung von der Zylinderstirnfläche gesehen und teilweise im Schnitt;
4 eine perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform einer Lagereinheit samt Zylinder, teilweise im Schnitt;
5 eine Schnittansicht der Anordnung gemäß 4.
Zunächst wird auf die erste Ausführungsform nach den 1 bis 3 Bezug genommen. Die Lagereinheit 01 dient zur Aufnahme eines hier nicht näher dargestellten Zylinders 02 (vgl. 4), insbesondere Druckwerkszylinders 02, beispielsweise Formzylinders 02 oder Gummizylinders 02 einer Druckmaschine, insbesondere einer Rollenrotationsdruckmaschine, beispielsweise einer Rollenrotationsoffsetdruckmaschine. Der in der Lagereinheit 01 gelagerte Druckwerkszylinder 02 kann insbesondere ein Druckwerkszylinder 02 mit einem einzigen Zylinderkanal am Umfang sein. Die Lagereinheit 01 ist beispielsweise an einem Seitengestell der Druckmaschine befestigbar, z. B. anschraubbar, wobei es sich versteht, dass zu beiden Seiten des Zylinders 02 jeweils eine Lagereinheit 01 vorgesehen ist.
Die Lagereinheit 01 umfasst ein Lager 03, beispielsweise ein Wälzlager 03, mit einer axialen Bohrung 04 zur Aufnahme eines Zapfens 06 (vgl. 4) des Zylinders 02, sowie ein das Lager 03 aufnehmendes Lagergehäuse 07. Das Lager 03 umfasst einen Lagerinnenring 08, der die Bohrung 04 definiert, einen Lageraußenring 09, der im Lagergehäuse 07 drehfest aufgenommen ist, sowie einen zwischen Lagerinnenring 08 und Lageraußenring 09 aufgenommenen Wälzkörpersatz 10. Das Lagergehäuse 07 ist über Gewindebohrungen 11 mit einem nicht näher dargestellten Seitengestell der Druckmaschine fest verschraubbar.
Der Lageraußenring 09 ist in der Bohrung 14 des Lagergehäuses 07 mit radialem Spiel aufgenommen. Der Lageraußenring 09 weist beidseitig einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 12 bzw. eine Anlageschulter 12 auf, die sich in eine entsprechend geformte, an die Bohrung 14 anschließende Ausnehmung 13 an der jeweiligen stirnseitigen Außenseite des Lagergehäuses 07 erstreckt. Auf diese Weise ist der Lageraußenring 09 im Lagergehäuse 07 in radialer Richtung, d. h. in einer Ebene senkrecht zur Lagerachse beweglich, in axialer Richtung aufgrund der beidseitig wirkenden axialen Gleitführung der Anlageschultern 12 jedoch unverschieblich aufgenommen. Die sich radial nach außen erstreckenden Anlageschultern 12 bewirken zusätzlich eine Versteifung des Lageraußenrings 09, was in Hinblick auf die Biegebeanspruchung des Lageraußenrings 09 durch die weiter unten beschriebenen Aktoren 26 von Vorteil ist.
Das Lagergehäuse 07 ist teilbar ausgebildet und umfasst zwei Gehäusehälften 16; 17, die mittels Passstiften 18 zusammenfügbar sind und miteinander verschraubbar sind. Die Teilungsebene der beiden Gehäusehälften 16; 17 verläuft vorzugsweise durch die Achse der Lagereinheit 01. (Alternativ kann auch der Lageraußenring 09 geteilt sein.) Die Außenkontur der einen Gehäusehälfte 16 ist halbkreisförmig, erstreckt sich also über einen Umfangsabschnitt 16 von 180°, während die Außenkontur bzw. der Umfangsabschnitt 17 der anderen Gehäusehälfte 17 rechteckig ist. Die Länge L1 der langen Seite der rechteckförmigen Gehäusehälfte 17 kann insbesondere dem doppelten Radius R der halbkreisförmigen bzw. halbrunden Gehäusehälfte 16 entsprechen und die Länge L2 der kurzen Seite der rechteckförmigen Gehäusehälfte kann insbesondere dem einfachen Radius R entsprechen. Die Lagereinheit 01 wird im Zusammenhang mit einem Zylinder 02 mit einem Außendurchmesser D verwendet, wobei vorzugsweise die Beziehungen L1 < oder = D sowie R < oder = D/2 gelten. Hierdurch ergeben sich eine besonders kompakte und einbaufreundliche Bauweise der Lagereinheit 01 sowie ausreichend Platz für periphere Komponenten wie beispielsweise Farbauftragswalzen im Falle einer Verwendung der Lagereinheiten 01 im Zusammenhang mit Formzylindern 02.
Das Lager 03 bzw. der Lageraußenring 09 ist wie oben erläutert mit Spiel in der Bohrung 14 des Lagergehäuses 07 gelagert. Um das Lager 03, d. h. den Lageraußenring 09 relativ zum Lagergehäuse 07 winkelmäßig fixiert, aber in einer Ebene senkrecht zur Lagerachse beweglich zu halten, ist eine Verdrehsicherung 19 in Form eines torsionssteifen, aber biegeweichen Sicherungsblechs 19 vorgesehen, welches ringartig ausgebildet ist mit einem ringartigen Abschnitt 21 und mehreren, insbesondere vier sich radial nach außen erstreckenden gekröpften Armen 22, die sich zueinander vorzugsweise jeweils unter einem Winkel von 90° erstrecken und vorzugsweise so ausgerichtet sind, dass zwei der Arme 22 sich in Richtung der beiden Ecken der rechteckförmigen Gehäusehälfte 17 erstrecken. Der ringförmige Abschnitt 21 des Sicherungsblechs 19 ist über Schrauben 23 am Lageraußenring 09 befestigt, während die gekröpften Arme 22 über Schrauben 24 am Lagergehäuse 07 fixiert sind, wodurch eine Verdrehsicherung 19 des Lageraußenrings 09 bei gleichzeitiger Möglichkeit einer Bewegung in radialer Richtung geschaffen wird.
In der rechteckförmigen Gehäusehälfte 17 des Lagergehäuses 07 sind zwei piezoelektrische Stellelemente 26, z. B. Aktoren 26, beispielsweise zwei Piezo-Stackaktoren 26 mit integrierter Kraftmessscheibe, angeordnet. Die Aktoren 26 sind vollständig innerhalb des Lagergehäuses 07 aufgenommen. Die Aktoren 26 erstrecken sich mit ihrer Längsausdehnung in radialer Richtung sowie in Richtung der außenliegenden Ecken der rechteckförmigen Gehäusehälfte 17. Die Ebene eines jeden Aktors 26 erstreckt sich vorzugsweise senkrecht zur Achse des Lagers 03 oder aber die Achse des Lagers 03 liegt vorzugsweise in der durch den jeweiligen Aktor 26 definierten Ebene.
Die beiden Aktoren 26 sind zueinander unter einem Winkel von 90° +/– 10%, vorzugsweise 90° +/– 3%, insbesondere von 90°, angeordnet, weisen also zueinander jeweils eine senkrechte Wirkrichtung auf. Die Aktoren 26 wirken mit ihrem radial innen liegenden Ende auf den Lageraußenring 09 im Sinne eines Bewegens des Lageraußenrings 09 und somit des gesamten Lagers 03 in einer radialen Ebene ein und sind an ihrem radial außen liegenden Ende am Lagergehäuse 07 abgestützt. Um eine Entkopplung von Querkräften zu erzielen, kann beispielsweise eine Linearführung 29, z. B. eine Flachkäfigführung 29, insbesondere ein Nadelrollen oder Kugeln aufweisende Nadelrollenflachkäfig 29 vorgesehen sein.
Die beiden außenliegenden Eckabschnitte 27 der rechteckförmigen Gehäusehälfte 17 sind als vom Lagergehäuse 07 lösbare Kappen 27 ausgebildet, in denen die rückwärtigen Enden der Aktoren 26 mittels Kunstharzes vergossen und abgestützt sind. Die Kappen 27 ihrerseits sind mittels Schrauben 28 an der rechteckförmigen Gehäusehälfte 17 befestigbar.
Nachdem hohe dynamische Kräfte in das Lager 03 eingeleitet werden müssen, ist ein kurzer Kraftpfad und eine steife Anbindung von großer Bedeutung: über die Aktoren 26 werden die Kräfte direkt über den durch die Flansche 12 versteiften Lageraußenring 09 in die Mittelebene (daher keine Drehomenteinleitung durch Aktorkraft) der steifen Lagerstelle eingeleitet (die Mittelachse des Aktors 27 liegt innerhalb der Wälzkörperbreiten und/oder der Arbeitsbreite des Wälzlagers 03); die Aktoren 26 stützen sich über das Lagergehäuse 07 direkt am steifen Seitengestell der Druckmaschine ab; zum Ausgleich von Längen- bzw. Winkeltoleranzen werden die Aktoren 26 vorderseitig jeweils ein Zwischenelement 29 zur Querkraftankopplung auf die z. B. Nadelrollen aufweisende Flachkäfigführung 29 angedrückt und rückseitig wird über jeweils eine Distanzscheibe zwischen der Kappe 27 und dem Lagergehäuse 07 ein Klebespalt eingestellt, der mit Epoxydharz ausgegossen wird.
Querkräfte führen zur Zerstörung des Piezostacks. Nachdem die unter 90° angeordneten Aktoren 26 die Bewegung in der Ebene ermöglichen, somit aber auch Verschiebungen des Außenringes orthogonal zur Aktormittelachse auftreten, ist hier durch eine geeignete Linearführung 29 (vorzugsweise Nadelrollenflachkäfige 29) eine Entkoppelung zu schaffen.
Den beiden Aktoren 26 gegenüberliegend, vorzugsweise diametral gegenüberliegend ist jeweils eine Vorspannungseinrichtung 31 vorgesehen, die der Kraft der Aktoren 26 entgegenwirkt. Die Vorspannungseinrichtung 31 kann insbesondere von einer Federeinrichtung 31, beispielsweise von einem Tellerfederpaket 31 gebildet sein, welches in der halbrunden Gehäusehälfte 16 angeordnet ist, radial ausgerichtet ist, sich mit seiner radial außen liegenden Rückseite an der Gehäusehälfte 16 abstützt und mit seiner radial innen liegenden Vorderseite auf den Lageraußenring 09 einwirkt, wobei zur Entkopplung von Querkräften wiederum eine Flachkäfigführung 29 vorgesehen sein kann. Vorzugsweise ist die Vorspannkraft einer jeden Federeinrichtung 31 so eingestellt, dass die Federeinrichtung 31 das ihr zugeordnete piezoelektrische Stellelement 26 mit einer Kraft vorspannt, die der halben maximalen Stellkraft des Stellelements 26 entspricht.
Das Verfahren zum Reduzieren von Schwingungsamplituden der Biegeeigenformen eines Druckwerkszylinders 02 besteht, allgemein gesprochen, im Wesentlichen darin, dass an mindestens einer Lagerstelle des Druckwerkszylinders 02, vorzugsweise an beiden bzw. allen Lagerstellen, eine dynamische Fußpunktverschiebung erfolgt. Diese dynamische Fußpunktverschiebung erfolgt insbesondere mittels mindestens eines piezoelektrischen Stellelements 26 bzw. Aktors 26.
Im Betrieb werden die Aktoren 26 mittels einer geeigneten Steuerung bzw. Regelung, wie sie grundsätzlich beispielsweise aus der eingangs genannten WO 2006/061432 A1 bekannt ist, in der erforderlichen Weise erregt, um in das Lager 03 eine Kraft einzuleiten, die den auf den gelagerten Zylinder 02 einwirkenden Kräften, beispielsweise beim Überrollen eines Spannkanals, entgegenwirkt bzw. diese kompensiert, um Schwingungsanregungen möglichst zu vermeiden.
Allerdings können die unterschiedlichen Kraftangriffspunkte zu einer Biegedeformation des flexiblen Zylinders 02 um den Schwerpunkt führen. Während somit die Grundschwingung mit ihrem Maximum in der Mitte des Ballens des Zylinders 02 vollständig kompensiert werden kann, kann durch die vorgesehene Aktorik die zweite Oberschwingung, die ihr Maximum an den Lagerstellen hat, angeregt werden. Zu Lösung dieser Problematik kann hier vorzugsweise so vorgegangen werden, dass über eine geeignete Ansteuerung ein Kompromiss bzgl. der Amplituden aus beiden Eigenmoden angestrebt wird, vgl. auch WO 2006/061432 A1 .
Das vorhandene Spiel bzw. der Spalt zwischen dem in einer radialen Ebene beweglichen Lageraußenring 09 und der Bohrung 14 des Lagergehäuses 07 beschränkt die maximale Einfederung der Aktoren 26 bei Überlast (z. B. bei einem Wickler) und verhindert so eine Zerstörung und/oder Depolarisierung der Aktoren 26 im Fall einer Überlast. Die oben erläuterte Anordnung der Aktoren 26 führt auch zu einer Vermeidung von Querkräften bzw. Biegemomenten auf die Aktoren 26.
Die auftretenden (hohen) Kräfte im Falle z. B. eines Papierwicklers führen zur Depolarisation des Aktors und damit den Aktor unbrauchbar machen würden. Somit ist ein optimaler Spalt zwischen Außenring und Gehäuse erforderlich, der groß genug ist um den maximalen Aktorhub (hier ca. 45 μm) – unter Berücksichtigung von Fertigungs-/Montagetoleranzen – zu realisieren, klein genug ist um die maximale Aktoreinfederung (zulässig (F.max – F.block)·C.aktor, hier ca. 32 μm bei ideal steifer Umgebung) zu begrenzen. Nachdem die Umbauteile eine endliche Steifigkeit besitzen, wurde der Spalt hier auf 65 μm dimensioniert. Das Spiel beträgt vorzugsweise 10–500 μm, insbesondere 20–100 μm.
Weitere Merkmale der Lösung sind in folgenden Punkten zusehen:

– steife Ankopplung der Aktoren 26 zwischen Zylinder 02 und Seitengestell (die Piezo-Stackaktoren 26 können als Feder mit Fußpunktanregung modelliert werden, d. h. jede zusätzliche Nachgiebigkeit reduziert die eingekoppelte Kraft);
– geometrische Zusammenhänge Aktorlänge/Aktorhub vs. geringe Achsabstände (= Maximalgröße des Lagers) bei Einfachumfangmaschinen und Schwächung des Lagergehäuses 07 und ausreichend dimensioniertes Wälzlager 03;
– Sicherstellung der Lebensdauer des Zylinderlagers trotz zusätzlicher Aktorkräfte durch optimierte Gestaltung des Außenrings;
– die fertigungs- und montageoptimierte Gestaltung der Lagereinheit 01;
– die Möglichkeit der Ausführung der Lagereinheit 01 als Plattenzylinderlager mit integriertem Seitenregister (vgl. unten) und optimierter Außenkontur zur Anordnung von Farbwalzen.

Die zweite Ausführungsform gemäß 4 und 5 entspricht im Wesentlichen derjenigen gemäß 1 bis 3, weist jedoch zusätzlich eine in die Lagereinheit 01 integrierte Seitenregister-Verstelleinrichtung 32 auf, die eine axiale Verschiebung des Druckwerkszylinders 02, z. B. Formzylinder 02, insbesondere Plattenzylinders 02 zur Korrektur des Seitenregisters ermöglicht. Zu diesem Zweck ist der Zapfen 06 des Formzylinders 02 mit einer Zapfenverlängerung 33 drehfest verbunden, die ein weiteres Lager 34, nämlich ein Axiallager 34, beispielsweise ein Axialschrägkugellager 34 trägt, dessen Gehäuse 36 an seinem Außenumfang mit einem Gewinde 37, insbesondere einem Feingewinde 37, beispielsweise einem metrischen Feingewinde 37 versehen ist, welches mit einem entsprechenden Gewinde 38 eines feststehenden Flansches 39 kämmt, der mit dem Lageraußenring 09 drehfest verbunden, insbesondere verschraubt ist. Ein Verdrehen des Gehäuses 36 des Axiallagers 34 bewirkt somit eine axiale Translationsbewegung des Gehäuses 36 und somit letztlich des Zylinders 02. Der mögliche Verstellbereich kann hierbei etwa +/–1,5 mm betragen.
Am Gehäuse 36 des Axiallagers 34 ist des Weiteren ein Zahnkranz 41 montiert, der über ein zusätzliches Antriebszahnrad 42, insbesondere Stirnrad 42 über eine Antriebswelle 43 verdrehbar ist, um die o. g. Translationsbewegung des Zylinders 02 zu erzeugen.
Selbst bei Annahme eines geringen Wirkungsgrades η = 20% der Getriebeübersetzungen ergibt sich ein günstiges Verhältnis zwischen Drehmoment M und Axialverschiebekraft F_ax von ca. M [Nm]:Fax [N] = 1:2.500.
Die Verzahnung wird hierbei als schiefe Ebene betrachtet, an der folgende Beziehungen für Kräfte und Winkel gelten:
Und mit M = Ftan·dm gilt:
In den obigen Beziehungen bedeuten: p die Steigung des Gewindes 37, d_m der mittlere Gewindedurchmesser und i das Übersetzungsverhältnis des Zahnradgetriebes (hier angenommen i = 1:3,75). Um beispielsweise eine axiale Verschiebekraft von 1.000 N zu erzielen, ist ein Drehmoment von 0,42 Nm erforderlich.
Wichtig anzumerken ist bei diesem Verstellmechanismus, dass der feststehende Flansch 39, in dem auch das Antriebzahnsrad 42 gelagert ist, fest mit dem durch die Aktorik beweglichen Lageraußenring 09 verbunden ist. Somit wird ein Klemmen der Verstelleinheit durch den Aktorhub vermieden.
In einer weiterhin bevorzugten, nicht näher dargestellten Ausführung der Lagereinheit 01 als Gummizylinderlagerung ist die Integration einer makroskopischen Lageverstellung für Druck- und Ruheposition des Gummizylinders 02 möglich, vgl. auch WO 2006/061432 A1 .

01: Lagereinheit
02: Zylinder, Druckwerkszylinder, Formzylinder, Plattenzylinder, Gummizylinder
03: Lager, Wälzlager
04: Bohrung (03)
05
06: Zapfen (02)
07: Lagergehäuse
08: Lagerinnenring
09: Lageraußenring
10: Wälzkörpersatz
11: Gewindebohrung
12: Flansch, Anlageschulter (09)
13: Ausnehmung (07)
14: Bohrung (07)
15
16: Gehäusehälfte, halbkreisförmig, Umfangsabschnitt
17: Gehäusehälfte, rechteckförmig, Umfangsabschnitt
18: Passstift
19: Verdrehsicherung, Sicherungsblech
20
21: Abschnitt, ringförmiger (19)
22: Arm (19)
23: Schraube
24: Schraube
25
26: Stellelement, Aktor, Piezo-Stackaktor
27: Eckabschnitt, Kappe
28: Schrauben
29: Linearführung, Zwischenelement, Flachkäfigführung, Nadelrollenflachkäfig
30
31: Vorspannungseinrichtung, Federeinrichtung, Tellerfederpaket
32: Seitenregister-Verstelleinrichtung
33: Zapfenverlängerung
34: Lager, Axiallager, Axialschrägkugellager
35
36: Gehäuse (34)
37: Gewinde, Feingewinde (36)
38: Gewinde (39)
39: Flansch
40
41: Zahnkranz
42: Antriebszahnrad, Stirnrad
43: Antriebswelle
D: Aussendruchmesser (02)
R: Radius (16)
L1: Länge (17)
L2: Länge (17)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 01/50035 A1 [0004]
- JP 11170474 [0004]
- DE 4420355 C1 [0005]
- WO 2004/016431 A1 [0005]
- DE 20011948 U1 [0010]
- WO 2006/061432 A1 [0011, 0040, 0041, 0052]

Claims

Lagereinheit (01) für einen Druckwerkszylinder (02) einer Druckmaschine, mit einem Lager (03) und einem das Lager (03) aufnehmenden Lagergehäuse (07), wobei das Lager (03) einen Lageraußenring (09), einen Lagerinnenring (08) und einen zwischen Lageraußenring (09) und Lagerinnenring (08) aufgenommenen Wälzkörpersatz (10) umfasst und wobei mindestens ein zwischen Lagergehäuse (07) und Lageraußenring (09) wirkendes piezoelektrisches Stellelement (26) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (09) im Lagergehäuse (07) im Druckbetrieb der Druckmaschine in einer Ebene senkrecht zur Achse der Lagereinheit (01) zumindest mittels des mindestens einen piezoelektrischen Stellelements (26) beweglich angeordnet ist.
Lagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinheit (01) zwei piezoelektrische Stellelemente (26) umfasst, die bzgl. der Lagerachse gesehen zueinander unter einem Winkel von 90° +/– 10% angeordnet sind.
Lagereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Stellelemente (26) zueinander unter einem Winkel von 90° +/– 3% angeordnet sind.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einem piezoelektrischen Stellelement (26) eine Federeinrichtung (31) zugeordnet ist.
Lagereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (31) dem piezoelektrischen Stellelement (26) zumindest in etwa gegenüberliegend angeordnet ist.
Lagereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (31) dem zugeordneten piezoelektrischen Stellelement (26) diametral gegenüberliegt.
Lagereinheit nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (31) von einem Tellerfederpaket (31) gebildet ist.
Lagereinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (31) das ihr zugeordnete piezoelektrische Stellelement (26) mit einer Kraft vorspannt, die der halben maximalen Stellkraft des Stellelements (26) entspricht.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ebene des piezoelektrischen Stellelements (26) senkrecht zur Achse der Lagereinheit (01) erstreckt.
Lagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse bzw. Krafteinleitung in gleicher Richtung des Stellelementes (26) vorzugsweise innerhalb der Abstandsbreite des Wälzkörpersatzes (10) liegt.
Lagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Lagereinheit (01) in der durch das piezoelektrische Stellelement (26) definierten Ebene liegt.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Stellelement (26) vollständig innerhalb des Lagergehäuses (07) aufgenommen ist.
Lagereinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (07) mehrere Gehäuseteile (16; 17) umfasst.
Lagereinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (07) zwei Gehäusehälften (16; 17) umfasst.
Lagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager des Außenrings (09) geteilt ist.
Lagereinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilungsebene der beiden Gehäusehälften (16; 17) durch die Achse der Lagereinheit (01) verläuft.
Lagereinheit nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Gehäusehälfte (17) der beiden Gehäusehälften (16; 17) die beiden piezoelektrischen Stellelemente (26) angeordnet sind und in der anderen Gehäusehälfte (16) der beiden Gehäusehälften (16; 17) die beiden Federeinrichtungen (31).
Lagereinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäusehälften (16; 17) mittels Passstiften (18) miteinander verbindbar sind.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (07) einen in Richtung der Achse gesehen runden Gehäusehälfte (16) und einen hieran angrenzenden weitern Gehäusehälfte (17) aufweist.
Lagereinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich der runde Gehäusehälfte (16) über einen Winkelbereich von vorzugsweise 180° erstreckt.
Lagereinheit nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D) eines von der Lagereinheit (01) aufgenommenen Druckwerkszylinders (02) dem Durchmesser der runden Gehäusehälfte (16) entspricht oder kleiner ist als diese.
Lagereinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 18 und nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gehäusehälfte (16) der beiden Gehäusehälften (16; 17) den runden Umfangsabschnitt (16) und die andere Gehäusehälfte (17) den weiteren Umfangsabschnitt (17) aufweist.
Lagereinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 8 und nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtungen (31) in der Gehäusehälfte (16) mit dem runden Umfangsabschnitt (16) und die piezoelektrischen Stellelemente (26) in der anderen Gehäusehälfte (17) angeordnet sind.
Lagereinheit nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Gehäusehälfte (17) einen zumindest im Wesentlichen rechteckigen Umfangsabschnitt (17) aufweist.
Lagereinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Umfangsabschnitt (17) zumindest im Wesentlichen rechteckig ist.
Lagereinheit nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L1) der dem runden Umfangsabschnitt (16) gegenüberliegenden Seite des rechteckigen Umfangsabschnitts (17) dem Durchmesser (D) eines von der Lagereinheit (01) aufgenommenen Druckwerkszylinders (02) entspricht oder kleiner ist als dieser.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Stellelement (26) an seiner dem Lageraußenring (09) abgewandten Rückseite mittels einer Kappe (27) abgestützt ist.
Lagereinheit nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (27) als lösbarer Teil des Lagergehäuses (07) ausgebildet ist.
Lagereinheit nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite des piezoelektrischen Stellelements (26) in der Kappe (27) vergossen ist.
Lagereinheit nach einem der Ansprüche 27 bis 29 und nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (27) einen Eckabschnitt des rechteckigen Umfangsabschnitts (17) des Lagergehäuses (07) bildet.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinheit (01) an einem Seitengestell der Druckmaschine fixierbar ausgebildet ist.
Lagereinheit nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (07) mit dem Seitengestell verschraubbar ausgebildet ist.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (09) im Lagergehäuse (07) mit radialem Spiel aufgenommen ist.
Lagereinheit nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel 10–500 μm beträgt.
Lagereinheit nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel 20–100 μm beträgt.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (09) am Lagergehäuse (07) verdrehsicher gehalten ist.
Lagereinheit nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdrehsicherung (19) ein torsionssteifes Sicherungsblech (19) vorgesehen ist, welches einerseits mit dem Lageraußenring (09) und andererseits mit dem Lagergehäuse (07) fest verbunden ist.
Lagereinheit nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsblech (19) einen inneren ringförmigen Abschnitt (21) und sich hiervon nach außen erstreckende Arme (22) aufweist.
Lagereinheit nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (22) gekröpft ausgebildet sind.
Lagereinheit nach einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das torsionssteife Sicherungsblech (19) biegeweich ist.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraußenring (09) an seinen beiden axialen Enden einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch (12) aufweist.
Lagereinheit nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass der sich radial nach außen erstreckende Flansch (12) in einer entsprechenden Ausnehmung (13) des Lagergehäuses (07) aufgenommen ist.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinheit (01) eine Seitenregister-Verstelleinrichtung (32) umfasst.
Lagereinheit nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenregister-Verstelleinrichtung (32) ein Axiallager (34) zum axialen Verstellen des in der Lagereinheit (01) aufgenommenen Druckwerkszylinders (02) umfasst.
Lagereinheit nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (34) mittels einer Gewindeeinrichtung (37, 38) verstellbar ist.
Lagereinheit nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außengewinde (37) des Axiallagers (34) mit einem mit dem Lageraußenring (09) verbundenen Gewinde (38) kämmt.
Lagereinheit nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass am Lageraußenring (09) ein Flansch (39) starr befestigt ist, an dem das Gewinde (38) ausgebildet ist.
Lagereinheit nach einem der Ansprüche 44 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenregister-Verstelleinrichtung (32) für ein axiales Verstellen eine Zahnradeinrichtung (41, 42, 43) umfasst.
Lagereinheit nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (34) einen Zahnkranz (41) aufweist, welcher mit einem Antriebszahnrad (42) kämmt.
Lagereinheit nach Anspruch 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradeinrichtung (41, 42, 43) eine mit einem Antrieb koppelbare Antriebswelle (43) umfasst.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Lagereinheit (01) für einen Plattenzylinder (02) ausgebildet ist
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Lagereinheit (01) für einen Gummizylinder (02) ausgebildet ist.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinheit (01) als eine Lagereinheit (01) für einen Druckwerkszylinder (02) mit einem einzigen Zylinderkanal am Umfang ausgebildet ist.
Lagereinheit nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinheit (01) als eine Lagereinheit (01) für einen Druckwerkszylinder (02) mit mehreren Zylinderkanälen am Umfang ausgebildet ist.
Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinheit (01) als Lagereinheit (01) für einen Druckwerkszylinder (02) einer Rollenrotationsdruckmaschine ausgebildet ist.
Verfahren zum Reduzieren von Schwingungsamplituden der Biegeeigenformen eines Druckwerkszylinders (02), dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Lagerstelle des Druckwerkszylinders (02) eine dynamische Fußpunktverschiebung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass an allen Lagerstellen eine dynamische Fußpunktverschiebung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 56 oder 57, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Fußpunktverschiebung jeweils mittels mindestens eines piezoelektrischen Stellelements (26) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 56 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagereinheit (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 55 zum Einsatz kommt.
Lagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Lageraußenring (09) und Stellelement (26) ein querkraftentkoppelntes Zwischenelement (29) angeordnet ist.
Lagereinheit nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (29) Nadelrollen oder Kugeln aufweist.