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Die
Erfindung betrifft eine Lagereinheit für einen Druckwerkszylinder
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus
der
WO 2006/061432
A1 und der
DE
10 2005 058 787 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..
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte und montagefreundliche
Lagereinheit für
einen Druckwerkszylinder zu schaffen, mit der Schwingungsamplituden
reduziert werden.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung umfasst die Lagereinheit einer Seitenregister-Verstelleinrichtung,
die ein Axiallager zum axialen Verstellen des in der Lagereinheit
aufgenommenen Druckwerkszylinders umfasst, welches mittels einer
Gewindeeinrichtung verstellbar ist. Eine solche Lagereinheit eignet
sich insbesondere auch zur Verwendung im Zusammenhang mit Plattenzylindern.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
Folgenden näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Lagereinheit, mit Blickrichtung auf
die Kontaktfläche zum
Seitengestell der Druckmaschine;
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2 die
Lagereinheit gemäß 1 teilweise
im Schnitt;
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3 die
Lagereinheit gemäß 1 und 2,
von der anderen Seite, also mit Blickrichtung von der Zylinderstirnfläche gesehen
und teilweise im Schnitt;
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4 eine
perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform einer Lagereinheit
samt Zylinder, teilweise im Schnitt;
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5 eine
Schnittansicht der Anordnung gemäß 4.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 .
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Selbst
bei Annahme eines geringen Wirkungsgrades η = 20% der Getriebeübersetzungen
ergibt sich ein günstiges
Verhältnis
zwischen Drehmoment M und Axialverschiebekraft Fax von
ca. M[Nm]:Fax[N] = 1:2.500.
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Die
Verzahnung wird hierbei als schiefe Ebene betrachtet, an der folgende
Beziehungen für
Kräfte
und Winkel gelten:
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Und
mit M = Ftan·dm gilt: M = p2π·η·i ·Fax
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In
den obigen Beziehungen bedeuten: p die Steigung des Gewindes 37,
dm 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.
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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.
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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 .
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- 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)
