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Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung eines Zylinders einer Druckmaschine.
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Eine Druckmaschine weist in der Regel eine Vielzahl von Zylindern auf, die beim Druckvorgang eine Rotations- oder Schwenkbewegung ausführen und demgemäß drehbeweglich gelagert sind. Um ein sauberes Druckbild erzeugen zu können und einen schnellen Druckvorgang zu ermöglichen, muss die Lagerung der Zylinder hohen Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und Belastbarkeit genügen.
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Wie aus der
DE 37 40 805 A1 bekannt, kann eine spielfreie Lagerung eines Druckzylinders beispielsweise mittels einer Kombination eines zweireihigen Kegelrollenlagers mit einem zweireihigen Schrägzylinderrollenlager realisiert werden. Durch eine radiale Schachtelung der Lager unter Verwendung eines exzentrisch ausgebildeten Zwischenrings ermöglicht die bekannte Lageranordnung zudem eine Verschiebung des gelagerten Zylinders quer zu seiner Rotationsachse.
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Mitunter ist es jedoch auch erforderlich, eine Bewegung des Zylinders parallel zu seiner Rotationsachse zuzulassen, beispielsweise um bei einem Mehrfarbendruck die einzelnen Druckbilder exakt zur Deckung zu bringen oder um eine Ausbildung unzulässig hoher mechanischer Spannungen in Folge von Wärmeausdehnung zu verhindern. Hierzu wird eine Lageranordnung benötigt, die eine derartige Axialbewegung des Zylinders ohne Präzisionsverlust bei der Drehbewegung ermöglicht.
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Aus der
DE 10 2006 056 911 A1 ist ein Linearkugellager mit einem Außenring bekannt, der mehrere um den Innenumfang verteilt angeordnete Kugelreihen mit Kugelumlenkungen aufweist. Auf dem Außenring ist ein Radiallager angeordnet, wobei der Außenring als Innenring des Radiallagers dient. Das Radiallager ist von einem weiteren Ring umgeben und bildet mit diesem ein Gelenklager aus.
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Die
DE 14 00 319 A offenbart eine exzentrische Zapfenwälzlagerung für ein drehbares Element und besteht aus einem äußeren Lagerlaufring, Wälzlagerelementen und einem exzentrisch ausgebildeten Zwischenringelement.
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Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung eines Zylinders einer Druckmaschine so auszubilden, dass der Zylinder eine präzise Drehbewegung ausführt und zudem in Axialrichtung beweglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wälzlageranordnung mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung eines Zylinders einer Druckmaschine weist einen Satz erster Wälzkörper und einen Satz zweiter Wälzkörper auf. Der Satz erster Wälzkörper weist zwei axial nebeneinander angeordnete Reihen von Kegelrollen auf. Der Satz zweiter Wälzkörper weist mehrere Kugeln auf, wobei wenigstens je zwei Kugeln wenigstens zeitweise in einem berührenden Kontakt zueinander stehen.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Zylinder der Druckmaschine sehr präzise drehbar gelagert ist und zudem in Axialrichtung beweglich ist. Die präzise drehbare Lagerung bleibt auch dann erhalten, wenn der Zylinder sehr schnell rotiert. Die Beweglichkeit in Axialrichtung eröffnet die Möglichkeit, auf eine externe Verschiebeeinrichtung zu verzichten. Der berührende Kontakt der Kugeln ermöglicht eine dichte Packung der Kugeln und somit eine hohe Belastbarkeit der Wälzkörperanordnung.
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Die Kugeln können radial außerhalb der Kegelrollen angeordnet sein.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Kegelrollen auf einer ersten Laufbahn abrollen und die Kugeln auf einer zweiten Laufbahn abrollen, wobei die erste Laufbahn und die zweite Laufbahn starr miteinander verbunden sind. Insbesondere können die erste Laufbahn und die zweite Laufbahn auf einem gemeinsamen Wälzkörperring ausgebildet sein. Dadurch kann ein Wälzlagerring eingespart werden.
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Eine einfache und kompakte Verschiebemöglichkeit des Zylinders quer zu seiner Rotationsachse kann dadurch realisiert werden, dass die erste Laufbahn und die zweite Laufbahn zueinander exzentrisch ausgebildet sind.
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Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie den Zylinder drehbar und axial verschiebbar lagert.
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Die Kegelrollen und die Kugeln können relativ zueinander in Axialrichtung und in Umfangsrichtung der Wälzlageranordnung beweglich sein. Dabei kann die Beweglichkeit der Kugeln in Axialrichtung der Wälzlageranordnung beidseitig durch ein Anschlagelement begrenzt sein.
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Weiterhin kann eine Führungseinrichtung zur Führung der Kugeln vorhanden sein. Mit Hilfe der Führungseinrichtung kann das Abrollverhalten der Kugeln verbessert und ein Klemmen oder ein Gleiten der Kugeln weitgehend verhindert werden. Insbesondere können die Kugeln in der Führungseinrichtung in Reihen angeordnet sein, die eine Längserstreckung von mehreren Kugeln und eine Quererstreckung von einer Kugel aufweisen. Dies stellt einen guten Kompromiss zwischen einer möglichst dichten Packung der Kugeln und einem geordneten Abrollverhalten dar. Die Längserstreckung der Reihen kann beispielsweise in Axialrichtung oder in Umfangsrichtung der Wälzlageranordnung verlaufen. Die Führungseinrichtung kann insbesondere als ein Wälzlagerkäfig ausgebildet sein. Der Wälzlagerkäfig kann wenigstens eine Ausnehmung aufweisen, die mehrere Kugeln aufnimmt.
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Die Wälzlageranordnung kann so ausgebildet sein, dass mehrere Kugeln, vorzugsweise wenigstens drei Kugeln, axial nebeneinander angeordnet sind.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlageranordnung im eingebauten Zustand in Schnittdarstellung,
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2 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Wälzlageranordnung in Seitenansicht und
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3 ein Ausführungsbeispiel des Käfigs der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in perspektivischer Darstellung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlageranordnung im eingebauten Zustand in Schnittdarstellung. Eine zugehörige Seitenansicht der Wälzlageranordnung ohne die Einbauumgebung ist in 2 dargestellt.
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Mit Hilfe der Wälzlageranordnung wird ein auf einer Welle 1 angeordneter Zylinder 2 in einer Seitenwand 3 einer Druckmaschine gelagert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Welle 1 und der Zylinder 2 einteilig ausgebildet.
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Die Wälzlageranordnung weist zwei innere Lagerringe 4 und 5 auf, die axial nebeneinander auf der Welle 1 angeordnet und drehfest mit der Welle 1 verbunden sind. Die inneren Lagerringe 4 und 5 weisen Laufbahnen 6 und 7 auf, die jeweils kegelförmig ausgebildet sind. Der innere Lagerring 4 schlägt axial an einem verschiebbaren Axialanschlag 8 an. Der innere Lagerring 5 schlägt axial an einen festen Axialanschlag 9 an. Anstelle des festen Axialanschlags 9 kann beispielsweise auch eine Wellenschulter vorgesehen sein.
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Die inneren Lagerringe 4, 5 werden radial von einem mittleren Lagerring 10 umschlossen, der als ein exzentrischer Ring mit einer über den Umfang variierenden radialen Erstreckung ausgebildet ist. Der mittlere Lagerring 10 weist auf seiner Innenseite eine Laufbahn 11 und eine Laufbahn 12 auf, die axial nebeneinander angeordnet und jeweils kegelförmig ausgebildet sind. Radial zwischen der Laufbahn 6 des inneren Lagerrings 4 und der Laufbahn 11 des mittleren Lagerrings 10 rollen Kegelrollen 13 ab. Radial zwischen der Laufbahn 7 des inneren Lagerrings 5 und der Laufbahn 12 des mittleren Lagerrings 10 rollen Kegelrollen 14 ab. Die Kegelrollen 13 sind in einem Käfig 15, die Kegelrollen 14 in einem Käfig 16 angeordnet.
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Auf seiner Außenseite weist der mittlere Lagerring 10 eine zylinderförmig ausgebildete Laufbahn 17 auf, die sich in Axialrichtung zwischen einem Federring 18 und einem Federring 19 erstreckt. Die Federringe 18, 19 sind beispielsweise durch einen Eingriff in dafür vorgesehene Nuten am mittleren Lagerring 10 befestigt und dienen als Axialanschlag. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert.
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Der mittlere Lagerring 10 wird von einem äußeren Lagerring 20 radial umschlossen, der auf seiner Innenseite eine zylinderförmig ausgebildete Laufbahn 21 aufweist. Zwischen der Laufbahn 21 des äußeren Lagerrings 20 und der Laufbahn 17 des mittleren Lagerring 10 rollen Kugeln 22 ab. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kugeln 22 in einem Käfig 23 geführt. Dies bedeutet allerdings nicht, dass die Kugeln 22 einzeln und isoliert voneinander in Käfigtaschen angeordnet sind. Stattdessen ist der Käfig 23 so ausgebildet, dass zumindest einige der Kugeln 22 einander berühren können. Einzelheiten hierzu werden im Folgenden noch erläutert. Die Kugeln 22 sind zwischen der Laufbahn 17 des mittleren Lagerrings 10 und der Laufbahn 21 des äußeren Lagerrings 20 unter Vorspannung angeordnet, um eine Spielfreiheit und eine hohe Steifigkeit der Wälzlageranordnung zu erreichen.
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Der äußere Lagerring 20 ist drehfest in der Seitenwand 3 der Druckmaschine angeordnet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der äußere Lagerring 20 zudem axial zwischen zwei Federringen 24 und 25 eingeklemmt und dadurch axial gesichert. Die Federringe 24 25 greifen in Nuten in der Seitenwand 3 der Druckmaschine ein.
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Mit der in den 1 und 2 dargestellten Wälzlageranordnung wird die Welle 1 spielfrei gelagert, so dass der Zylinder 2 eine sehr präzise Rotationsbewegung ausführen kann. Um die Spielfreiheit zu erreichen, werden die Kegelrollen 13 mit Hilfe des verschiebbaren Axialanschlags 8 gegen die Kegelrollen 14 angestellt.
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Weiterhin bietet die Wälzlageranordnung die Möglichkeit, die Welle 1 quer zu ihrer Rotationsachse zu verschieben. Hierzu wird der mittlere Lagerring 10 gegenüber dem äußeren Lagerring 20 verschwenkt. Da der mittlere Lagerring 10 exzentrisch ausgebildet ist, bewirkt die Schwenkbewegung eine laterale Verlagerung der Welle 1. Wenn die gewünschte Position der Welle 1 erreicht ist, wird der mittlere Lagerring 10 gegen ein weiteres Verschwenken gesichert. Dies bedeutet, dass der mittlere Lagerring 10 im Betriebszustand der Druckmaschine im Gegensatz zu den inneren Lageringen 4, 5 keine permanente Drehbewegung ausführt. Die Schwenkbewegung des mittleren Lagerrings 10 kann beispielsweise der Justage des Zylinders 2 oder einer Verlagerung des Zylinders 2 zwischen zwei unterschiedlichen Arbeitspositionen dienen.
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Als eine weitere Bewegung lässt die Wälzlageranordnung eine axiale Verschiebung der Welle 1 zu. Dies wird durch die Kugeln 22 ermöglicht, welche sowohl eine Rotationsbewegung als auch eine Axialbewegung der Welle 1 zulassen. Die Kugeln 22 sind so dicht zueinander angeordnet, dass sie sich wechselseitig berühren. Auf diese Weise kann pro Fläche eine größere Zahl von Kugeln 22 untergebracht werden als beispielsweise in einem Käfig 23 mit Einzeltaschen für jede Kugel 22. Dies bedeutet wiederum eine Erhöhung der Tragfähigkeit des Wälzlagers, das durch den mittleren Lagerring 10, den äußeren Lagerring 20 und die Kugeln 22 ausgebildet wird.
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Der im Rahmen der Erfindung eingesetzte Käfig 23 kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Eine besonders hohe Kugeldichte erhält man, wenn der Käfig 23 lediglich eine axiale Barriere ohne sonstige innere Struktur darstellt, und lediglich verhindern soll, dass die Kugeln 22 axial aus dem Zwischenraum zwischen dem mittleren Ring 10 und dem äußeren Ring austreten. Allerdings kann es dann infolge der nahezu völlig freien Beweglichkeit der Kugeln 22 zu einem Verklemmen von Kugeln 22 oder sonstigen unerwünschten Wechselwirkungen zwischen den Kugeln 22 kommen.
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Eine Verbesserung des Abrollverhaltens der Kugeln 22 kann mit Hilfe von Zusatzstrukturen des Käfigs 23 erreicht werden, welche die Beweglichkeit der Kugeln 22 einschränken, ohne die Kugeln 22 jedoch vollständig voneinander zu isolieren. Dadurch kommt es zwar ebenfalls zu einer Reduzierung der Tragfähigkeit im Vergleich zu einem Käfig 23 ohne Zusatzstrukturen. Allerdings ist die Tragfähigkeit immer noch deutlich höher als bei einem Käfig 23 mit Einzeltaschen für die Kugeln 22. Ein Käfig 23 mit derartigen Zusatzstrukturen ist in 3 dargestellt.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Käfigs 23 der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in perspektivischer Darstellung. Der Käfig 23 weist über seinen Umfang verteilt mehrere Aufnahmetaschen 26 für die Kugeln 22 auf, die sich jeweils in Axialrichtung erstrecken und durch axial verlaufende Stege 27 sowie durch Seitenringe 28 und 29 begrenzt sind. Die Aufnahmetaschen 26 sind so groß, dass jede Aufnahmetaschen 26 nicht nur einer, sondern mehreren Kugeln 22 Platz bietet. Beispielsweise kann in einer Aufnahmetasche 26 eine Kugelreihe, d. h, eine Ansammlung von Kugeln 22, welche sich in ihrer Längsdimension über mehrere Kugeln 22 und in ihrer Querdimension über eine Kugel 22 erstreckt, angeordnet sein. Ebenso ist es auch möglich, die Aufnahmetaschen 26 so breit auszubilden, dass sie jeweils mehreren Kugelreihen nebeneinander Platz bieten. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Aufnahmetaschen 26 so ausgebildet, dass sie jeweils für mehrere Kugelreihen Platz bieten und somit in jeder Aufnahmetasche sowohl in Umfangsrichtung als auch axial nebeneinander mehrere Kugeln 22 angeordnet sind. Der Käfig 23 kann beispielsweise als ein Blechteil oder als ein Kunststoffteil ausgebildet sein.
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Alternativ zur Darstellung der 3 kann der Käfig 23 auch so ausgebildet sein, dass sich die Aufnahmetaschen 26 in Axialrichtung erstrecken und jeweils eine sich in Axial erstreckende Wälzkörperreihe aufnehmen oder dass sich die Aufnahmetaschen 26 in Umfangsrichtung erstrecken und jeweils eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Wälzkörperreihe aufnehmen. Allerdings werden sich die Aufnahmetaschen 26 bei der letzgenannten Variante nicht über den gesamten Umfang, sondern lediglich über einen Teil des Umfangs erstrecken, da zum Zusammenhalt des Käfigs 23 Strukturen benötigt werden, die sich über dessen gesamte axiale Länge erstrecken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Zylinder
- 3
- Seitenwand
- 4
- Innerer Lagerring
- 5
- Innerer Lagerring
- 6
- Laufbahn
- 7
- Laufbahn
- 8
- Verschiebbarer Axialanschlag
- 9
- Fester Axialanschlag
- 10
- Mittlerer Lagerring
- 11
- Laufbahn
- 12
- Laufbahn
- 13
- Kegelrolle
- 14
- Kegelrolle
- 15
- Käfig
- 16
- Käfig
- 17
- Laufbahn
- 18
- Federring
- 19
- Federring
- 20
- Äußerer Lagerring
- 21
- Laufbahn
- 22
- Kugel
- 23
- Käfig
- 24
- Federring
- 25
- Federing
- 26
- Aufnahmetasche
- 27
- Steg
- 28
- Seitenring
- 29
- Seitenring
