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Die
Erfindung betrifft ein Flächenelement mit einer hohen Formstabilität
für Druckmaschinen und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Großformatige
Rotationsdruckmaschinen benötigen für den Antrieb
der massereichen Zylinder, Trommeln und Walzen eine hohe Antriebsleistung. Durch
eine Reduzierung der zu bewegenden Massen könnte eine beträchtliche
Energieeinsparung erzielt werden.
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Weiterhin
sind insbesondere Bedruckstoffe führende Flächen
an den Rotationskörpern oder entlang der Bedruckstoffbahn
bei hohen Maschinendrehzahlen und Bedruckstofftransportgeschwindigkeiten
durch Radialkräfte, Schwingungen und Bedruckstoffbewegungen
hohen Belastungen ausgesetzt, die eine entsprechend hohe Stabilität
der Bedruckstoffführungsflächen erfordert.
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Dazu
kommt, dass es beim Bedruckstofftransport u. a. darauf ankommt,
Relativbewegungen zwischen Bedruckstoff und Mantelflächen
von Zylindern oder Trommeln zu minimieren, unerwünschte Bedruckstoffkontakte
zwischen Leitflächen und frisch bedruckten Bedruckstoffbereichen
aufgrund unebener Leitflächen zu vermeiden und Bedruckstoffbeschädigungen
durch zu geringe Spaltmaße zwischen den Bedruckstoff führenden
Oberflächen zu verhindern.
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In
Schön- und Widerdruck-Bogendruckmaschinen werden beispielsweise
auf den Übergabetrommeln zwischen den Druckzylindern benachbarter
Druck- oder Lackwerke die zur Bogenführung erforderlichen
Mantelflächen durch so genannte Trommelkappen gebildet.
Trommelkappen sind Abschnitte eines Zylindermantels, die im Gegensatz
zu Druckzylindern in Leichtbauweise ausgeführt sind, da
sie lediglich dem Bogentransport dienen und keinen Belastungen durch
Druckeinrichtungen oder Verarbeitungsorganen ausgesetzt sind.
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Aus
der
DE 102 22 060
A1 sind beispielsweise Trommelkappen bekannt, die ein halbschalenförmig
gekrümmtes Mantelblech mit regelmäßig über die
Trommelbreite verteilten Versteifungen im Innenradius der Trommelkappen
aufweisen.
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Üblicherweise
sind den Übergabetrommeln pneumatische Bogenführungseinrichtungen
zugeordnet, die mit der Erzeugung von Luftpolstern die beiderseitig
bedruckten Bogen an die meist beschichteten Oberflächen
der Trommelkappen anlegen und damit bei weniger biegesteifen Bogen
sichern, dass die frisch bedruckte Bogenunterseite abschmierfrei
bleibt (
DE 195 13
426 A1 ).
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Die
Trommelkappen weisen zur Bildung der für einen abschmierfreien
Bogendurchlauf ausreichend bemessenen Luftspalte zu den benachbarten Druckzylindern
einen geringe ren Radius als den Druckzylinderradius auf. Die dadurch
bedingte Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen Druckzylinder
und Übergabetrommel verursachen Relativbewegungen zwischen
der Trommelkappenoberfläche und dem Bedruckstoffbogen,
die Kratzer im frisch aufgebrachten Druckbild verursachen.
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Deshalb
sind die Trommelkappen meist entnehmbar oder einklappbar gestaltet.
Bei besonders steifem Bogenmaterial reicht der so geschaffene Abstand
aber dennoch nicht aus und die Hinterkante touchiert die eingeklappte
Trommelkappe oder gar die Achse der Übergabetrommel (
EP 1 010 526 A1 ). Auch
führt die fehlende Zwangsführung des flexiblen Bogens
zu instabilen Druckverhältnissen und damit zum abschmierenden
Kontakt auf den Leitblechen unter der Übergabetrommel,
so dass die Kappen auch bei Karton zumindest in der Betriebsart
Schön- und Widerdruck ausgeklappt bleiben müssen.
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Um
Beschädigungen am frisch aufgebrachten Druckbild bei der
Bogenübergabe vom vorgeordneten Druckzylinder an die nachgeordnete Übergabetrommel
mit ausgeklappten Trommelkappen zu verhindern, ist es erforderlich,
die Relativbewegung zwischen der mit Druckzylindergeschwindigkeit
geförderten Bogenhinterkante und der durch den kleineren
Radius langsamer drehenden Trommelkappenfläche zu minimieren.
Das könnte durch eine Vergrößerung des
Trommelkappenradius bis zu einer minimalen Spaltgröße
X zwischen Druckzylindern und Trommelkappen erfolgen.
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Es
hat sich jedoch gezeigt, dass die einfachen Blechkonstruktionen
für Trommelkappen eine Verringerung der Maßtoleranzen
nicht zulassen, weil die radialen Verformungen der Trommelkappen
bei hohen Drehzahlen zur Unterschreitung des minimal zulässigen
Spaltmaßes führen und auch die konstruktiv bedingten
Form- und Lagetoleranzen keine exakte koaxiale Ausrichtung der Trommelkappen
zulassen.
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Die
Bedruckstoffbogen würden aufgrund der Form- und Lagetoleranzen
bei hohen Druckgeschwindigkeiten unter markierende Pressung durch die
Trommelkappen geraten und als Makulatur ausgesondert werden müssen.
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Unerwünschte
Bedruckstoffkontakte treten auch an Bogenführungen entlang
des Transportweges des Bedruckstoffes, insbesondere an ungenügend
versteiften Bogenführungsblechen oder im Wirkungsbereich
von Trocknern aufgrund von thermisch bedingten Verwerfungen der
Bogenführungsflächen, auf.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung
zu schaffen, mit welcher Formabweichungen insbesondere von bedruckstoffführenden
Flächenelementen minimiert werden.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch ein Flächenelement mit den Merkmalen
des ersten Anspruchs oder ein Verfahren mit den Merkmalen des dreizehnten
Anspruchs gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis
12 gekennzeichnet.
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Zur
Minimierung der Verformung an Flächenelementen von Druckmaschinen
ist erfindungsgemäß vorgesehen, ein Flächenelement
als verformungssteifes Hohlprofil auszugestalten, welches aus zwei
zumindest abschnittsweise voneinander beabstandeten Flächen
eines entsprechend geformten Flächenelements oder vorzugsweise
aus zwei miteinander verbundenen Flächenteilelementen gebildet
ist. Die in Randzonen miteinander fest verbundenen Flächenteilelemente
bilden ein Hohlprofil mit im Wesentlichen geschlossenem Querschnitt
und einem davon eingeschlossenen Hohlraum aus, wobei der Hohlraum
mit einer härtbaren oder selbsthärtenden Substanz
mit geringerer Dichte, insbesondere einem festen bzw. erhärteten
Schaum, zur Erhöhung der Steifigkeit des Flächenelements
ohne wesentliche Massezunahme gefüllt ist. Der Abstand
der den Hohlraum begrenzenden Flächen soll dabei vorzugsweise
wesentlich größer als die Dicke der Flächenteilelemente
sein.
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Die
Füllung des Hohlprofils mit einem festen Schaum reduziert
die Eigenmasse des Flächenelements gegenüber einem
Vollprofil und erhält bzw. vergrößert
gleichzeitig die Biegesteifigkeit bzw. die axialen und polaren Flächenträgheitsmomente.
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Zur
exakten Ausrichtung und/oder Fixierung des formstabilen Flächenelements
können zusätzlich abstandsverstellbare Koppelelemente
zwischen Flächenelement und Rotationskörper (Trommelkappen) bzw.
zwischen Flächenelement und Druckmaschinengestell (Bedruckstoffleitflächen)
vorgesehen sein.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass mit einer einfachen und kostengünstigen
konstruktiven Lösung die Verformungsstabilität
und Lagegenauigkeit beispielsweise von Trommelkappen, Bogenleitflächen
und auch die Maßhaltigkeit von angrenzenden Funktionsspalten
beispielsweise zwischen Druckzylindermantelflächen und Übergabetrommelkappen gewährleistet
ist bei gleichzeitig geringer Eigenmasse.
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Derart
hergestellte Trommelkappen weisen auch bei hohen Drehzahlen und
Radialkräften durch die Versteifung mittels eines geschlossenen
Hohlprofils und dessen Ausfüllung mit einem formstabilen Schaum
geringer Dichte die notwendige Formkonstanz bei geringer Masse auf.
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Im
Folgenden soll die Erfindung am Beispiel von Trommelkappen an Übergabetrommeln
für Bogenrotationsdruckmaschinen erläutert werden.
Die dazugehörige Zeichnung stellt dabei dar:
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1:
Darstellung einer Übergabetrommel mit Trommelkappenhohlprofilen
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Der
Bogentransport zwischen jeweils zwei Druckwerken (symbolisch sind
Druckzylinder D1, D2 dargestellt) oder auch zwischen Lack- und Trockenwerken
innerhalb von Bogen verarbeitenden Rotationsdruckmaschinen in Reihenbauweise
erfolgt durch jeweils mindestens eine Übergabetrommel,
die nach innen schwenkbare oder fest angeordnete Trommelkappen aufweisen,
welche an Greifertraversen 3 des Übergabetrommelkörpers 2 gelagert
sind. Eine Führung der von der Übergabetrommel
abspreizenden hinteren Bogenbereiche erfolgt üblicherweise
durch ein oder mehrere zugeordnete Bogenführungsbleche 4.
Die Trommelkappen sind erfindungsgemäß als verformungssteife
Hohlprofile ausgebildet, wobei das Hohlprofil aus zwei einen Hohlraum
einschließenden Flächenteilelementen (Blechen)
gefügt ist, wobei beispielsweise ein erstes Flächenteilelement – ein
Versteifungsblech 5 – als eine mit dem Übergabetrommelkörper 2 verbundene
innere Schale mit einem Krümmungsradius in Umfangsrichtung
ausgeführt ist und das zweite Flächenelement ein
Bogen führendes Blech ist, welches als äußere
Schale in Form eines Mantelblechs 6 ausgebildet ist. Die
stoff- oder auch formschlüssig miteinander verbundenen
Flächenteilelemente, Versteifungsblech 5 und Mantelblech 6, bilden
aufgrund der unterschiedlichen Krümmungsradien ein geschlossenes
Hohlprofil. Ebenso möglich ist die Formung des Hohlprofils
auch durch Umformung eines Bleches zu einem Hohlprofil, dessen innere
Flächenanteile nach Verbinden der ursprünglichen
Vorder- und Hinterkante den Hohlraum einschließen.
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Zur
einfachen koaxialen Ausrichtung und Fixierung der Trommelkappen
auf der Übergabetrommel können einstellbare Koppelelemente
zwischen der Trommelkappe und den Greifertraversen 3 der Übergabetrommel
vorgesehen sein.
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Wie
aus der 1 entnehmbar ist, bildet die erfindungsgemäße
Trommelkappe ein in Umfangsrichtung geschlossenes Hohlprofil, wobei
die äußere Schale (äußeres Flächenteilelement),
das eigentliche Mantelblech 6, einen kleineren Krümmungsradius
aufweist als die innere Schale (inneres Flächenteilelement),
das Versteifungsblech 5, so dass das Querschnittsprofil
vorzugsweise eine sichelähnliche Gestalt aufweist. Bei
einem sichelförmigen Trommelkappenquerschnitt erhalten
beide Flächenteilelemente bereits aufgrund der stetigen
Krümmungen ein hohes Maß an Steifigkeit, welches
durch die biegesteife Schaumfüllung nochmals erhöht
wird. Andere geschlossene Querschnittsprofile sind aber ebenso möglich.
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Das
Versteifungsblech 5 ist mit dem Mantelblech 6 an
den in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten über
form- oder stoffschlüssige Verbindungen, beispielsweise
Schraub-, Schweiß- oder Klebeverbindungen, verbunden. Dazu
kann das Mantelblech 6 an den geraden Seiten in Richtung
auf das Versteifungsblech 5 abgewinkelt sein und Überlappungen
für die Verbindung ausbilden.
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Der
in dem aus Versteifungs- und Mantelblech 5, 6 gebildeten
Hohlprofil vorhandene Hohlraum 7 ist mit geschäumtem
Material komplett ausgefüllt. Die Schaum bildende Substanz
härtet zu einem formstabilen Schaum aus. Bevorzugt handelt
es sich bei dem Schaum um einen volumenkonstant härtenden
Metallschaum, insbesondere wegen seiner Festigkeit und der geringen
Masse um Aluminiumschaum. Für bestimmte Einsatzfälle
mit geringeren Anforderungen ist auch ein Kunststoffschaum, der
bei Verwendung von Formmatrizen auch unter Volumenzunahme aushärten
kann, einsetzbar.
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Falls
das Hohlprofil nur einen geringen Abstand der Flächenteilelemente
aufweist, kann die Substanz auch ein fließfähiger
Klebstoff sein, der in vorteilhafter Weise gleichzeitig die Verbindung
der Flächenelemente zu einem geschlossenen Querschnittsprofil
ermöglicht. Der Hohlraum 7 der Trommelkappen ist
vorteilhaft seitlich durch äußere, dem Trommelkappenprofil
angepasste Spanten 11 begrenzt, die in Umfangsrichtung
der Übergabetrommel angeordnet und mit dem Versteifungs-
und Mantelblech 5, 6 verbunden, bevorzugt verschweißt,
sind.
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Wie
bereits am Beispiel der Trommelkappen beschrieben, kann es zweckmäßig
sein, die beiden Flächenteilelemente mit unterschiedlicher
Steifigkeit auszuführen. Das biegesteife Flächenteilelement
ist optimal geeignet, Haltekräfte gegenüber dem
Maschinengestell oder dem Rotationskörper aufzunehmen,
mit einem flexiblen Flächenteilelement sind stetige Krümmungen,
z. B. eines Mantelbleches 6, einfacher ausbildbar.
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Die
Herstellung eines erfindungsgemäßen Flächenelementes
für eine Druckmaschine kann in folgender Weise erfolgen:
- – Fügen bevorzugt zweier
Flächenteilelemente zu einem Hohlprofil mit im Wesentlichen
geschlossenem Querschnitt,
- – Füllen des Hohlraumes mit einem zunächst fließfähigen
und nach dem Füllen härtenden Schaum oder Klebstoff
mit Schwerkraftunterstützung oder durch Einspritzen,
- – volumenkonstantes Aushärten der Substanz
zu einem formstabilen Schaum.
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Lücken
im geschlossenen Querschnitt können durch Befüllöffnungen,
Entlüftungsöffnungen, konstruktions- oder funktionsbedingte
Ausnehmungen im Flächenelement bedingt sein.
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Falls
ein unter Volumenzunahme härtender Schaum verwendet wird,
ist es erforderlich, das Flächenelement vor dem Befüllen
des Hohlraumes mit einer die Außenform des Flächenelementes
vorgebenden Formmatrize zu umschließen bzw. das Flächenelement
in einer Formmatrize einzuspannen, wobei sich die Flächenteilelemente
während des Aushärtens des Schaums aufgrund der
Volumenzunahme an die Kontur der Formmatrize anlegen, so dass ein
sehr formgenaues Flächenelement hergestellt werden kann.
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Auch
bei Verwendung eines volumenkonstant härtenden Schaums
kann es vorteilhaft für die Erzielung einer formgenauen
Funktionsfläche sein, wenn während des Füllens
des Hohlraumes 7 und Aushärten des Schaums zumindest
das diese Funktionsfläche aufweisende Flächenteilelement
an einer die Außenform des Flächenteilelementes
vorgebenden Formmatrize fixiert wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Trommelkappe ist
zur weiteren Verbesserung der Steifigkeit und zur Aufnahme der Koppelelemente
mit dem Trommelkörper im Bereich der Vorderkante (in Drehrichtung)
ein dazu paralleler Hohlstab 12 innerhalb des Trommelkappenprofils
oder dieses an der Vorderkante begrenzend angeordnet, der die Spanten 11 verbindet
und zusätzlich zumindest mit dem Versteifungsblech 5 stoff-
oder formschlüssig verbunden sein kann. An dem sich über
die Trommelkappenbreite hinaus erstreckenden Hohlstab 12 sind
Laschen 8 zur Verbindung mit Anlenkpunkten der Greifertraversen 3 des Übergabetrommelkörpers 2 angeordnet.
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Mit
Hilfe von Stellmitteln, insbesondere elektrischen oder pneumatischen
Stellantrieben, die sich am Trommelkörper an Anlenkpunkten
auf den Innenseiten der Trommelkappen abstützen, können
die Trommelkappen entweder in eine ausgeschwenkte Position oder
in eine eingeschwenkte Position bewegt werden. Dafür können
(nicht dargestellte) pneumatische Arbeitszylinder vorgesehen sein.
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Zur
Begrenzung der Schwenkbewegung ist es vorteilhaft, den Hub der Stellantriebe
durch Anschläge zu begrenzen, beispielsweise durch seitlich an
den Trommelkappen angeordnete Koppeln zwischen dem Trommelkörper
und den Spanten 11 der Trommelkappen.
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Zur
einfachen Ausrichtung der Trommelkappen am Übergabetrommelkörper 2 sind
Justageelemente zwischen Übergabetrommelkörper 2 und Trommelkappen
vorgesehen, die zweckmäßig in die Koppelelemente
integriert sind. Die Justageelemente ermöglichen die Herstellung
der exakten, zur Drehachse der Übergabetrommel koaxialen
und radialen Lage der Trommelkappen bei der Montage und damit die
Ausbildung eines über die Trommelbreite gleichmäßigen
und minimalen Luftspaltes X zu den benachbarten Druckzylindern D1,
D2.
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Dazu
enthalten die Koppelelemente in den vier (feste Trommelkappen) oder
zumindest zwei Anlenkpunkten (schwenkbare Trommelkappen) der Trommelkappen
vorzugsweise Exzenterlager, die in Lagerböcken an den Greifertraversen 3 angeordnet sind.
Die Trommelkappen sind dabei mit den Laschen 8 an verstellbaren
Exzenterbolzen gelagert.
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Anstelle
der justierbaren Koppelelemente ist es auch möglich, hochgenau
positionierte Bohrungen in den Übergabetrommelkörper 2 einzubringen,
die eine nachträgliche Ausrichtung der Trommelkappen relativ
zur Trommelachse 1 überflüssig machen.
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Aufgrund
des vorgeschlagenen biegesteifen Trommelkappenprofils wird eine
Verformung der Trommelkappen reduziert, welche durch die während des
Druckbetriebes auftretenden Radialkräfte (Fliehkräfte)
verursacht wird, so dass sich die Breite des Luftspaltes X für
den Bogendurchlauf nicht drehzahlabhängig verändert.
Damit ist die Zugabe einer Spaltreserve zur Kompensation von Lage-
und Verformungsspiel nicht mehr erforderlich, so dass die Luftspalten
X zwischen Übergabetrommel und benachbarten Zylindern und
damit auch die Bogenbewegungen gegenüber der Trommelkappe
minimiert werden können.
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In
analoger Weise können formstabile bzw. verwerfungsresistente
Leitflächen, insbesondere im Wirkungsbereich der Wärmeemissionen
von Trocknern ausgebildet sein, indem ein Versteifungsblech 5 mit
einem ebenen oder gekrümmten Leitblech für die Bedruckstoffführung
verbunden ist. Beispielsweise im Auslagebereich können
konkave Bogenführungsabschnitte unter der unteren Kettentrommel,
ebene Leitbleche im aufsteigenden Ast des Kettenkreises oder konvexe
Bogenführungsabschnitte im Übergangsbereich zwischen
aufsteigendem und waagerechtem Kettenkreisabschnitt erfindungsgemäß ausgebildet
sein.
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Anstelle
eines einschaligen Versteifungsbleches 5 oder Mantelbleches 6 ist
es im Rahmen der vorgeschlagenen Lösung auch vorgesehen,
für noch höhere Stabilitätsanforderungen
ein zwei- oder mehrschaliges oder segmentiertes Flächenteilelement,
das seinerseits erfindungsgemäß ausgebildet sein
kann, einzusetzen.
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- 1
- Trommelachse
- 2
- Übergabetrommelkörper
- 3
- Greifertraverse
- 4
- Bogenführungsblech
- 5
- Versteifungsblech
- 6
- Mantelblech
- 7
- Hohlraum
- 8
- Lasche
- 10
- Hohlstab
- 11
- Spanten
- 12
- Hohlstab
- D1,
D2
- Druckzylinder
- X
- Luftspalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10222060
A1 [0006]
- - DE 19513426 A1 [0007]
- - EP 1010526 A1 [0009]