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Die Erfindung betrifft eine Druckzylinderanordnung für eine Rotationsdruckmaschine, mit einem drehbar in einem Maschinengestell gelagerten Dorn und einer Hülse, die den Dorn mit Abstand umgibt und sich an beiden Enden über Scheiben starr auf dem Dorn abstützt.
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Aus
US 3 378 902 A ist eine Druckzylinderanordnung dieser Art bekannt, bei der die Scheiben mit Hilfe von Hydrobuchsen hydraulisch auf dem Dorn festgespannt sind. Die starre Abstützung und Einspannung der Scheiben auf dem Dorn hat den Vorteil, daß die Hülse, die aufgrund ihres großen Radius eine hohe Biegesteifigkeit hat, auch den Dorn stabilisiert, so daß die Druckzylinderanordnung insgesamt eine hohe Biegesteifigkeit aufweist. Die starre Abstützung hat darüber hinaus den Vorteil, daß die Druckzylinderanordnung den Radialkräften, die während des Druckbetriebs auf die Hülse einwirken, wenn diese an einem Gegendruckzylinder abrollt, nicht nachgibt. Dadurch wird eine hohe Druckqualität erreicht.
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In
EP 1 025 996 A1 wird eine vergleichbare Druckzylinderanordnung beschrieben, bei der die Hülse im wesentlichen durch ein gewickeltes Gerüst aus Kohlefasern gebildet wird. Diese Anordnung weist bei geringem Gesamtgewicht eine sehr hohe Steifigkeit auf, wodurch eine hohe Laufruhe und dementsprechend eine hohe Druckqualität erreicht wird.
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In
US 5 819 657 A wird eine Druckzylinderanordnung beschrieben, bei der sich die Hülse über drei oder mehr über die Länge des Druckzylinders verteilte Scheiben auf dem Dorn abstützt. Die Scheiben stützen sich hier allerdings nicht direkt auf dem Dorn ab, sondern auf einem Hohlzylinder, der mindestens eine kompressible Schicht enthält und mit seiner inneren Umfangsfläche am Umfang des Dorns anliegt. Um die Reibung zu vermindern, wenn die Hülse auf den Dorn aufgeschoben oder von diesem abgezogen wird, erzeugt man mittels Druckluft ein Luftpolster zwischen der Umfangsfläche des Dorns und der Innenfläche des Hohlzylinders. Diese Lösung hat allerdings den Nachteil, daß die kompressible Schicht des Hohlzylinders eine größere Nachgiebigkeit der Hülse gegenüber den Radialkräften mit sich bringt.
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Insbesondere im Hochdruck und im Flexodruck besteht generell das Problem, daß der Druckzylinder bei jeder Umdrehung mindestens einen radialen Kraftstoß erfährt, wenn der Rand der Druckplatte oder der Druckbildes den Spalt zwischen Druckzylinder und Gegendruckzylinder erreicht und die erhabenen, druckenden Teile des Druckbildes auf die Oberfläche des am Gegendruckzylinder abgestützten Bedruckstoffes treffen. Durch diese Kraftstöße oder Schläge können Schwingungen in einem sehr weiten Frequenzbereich angeregt werden. Wenn durch diesen Effekt hochfrequente Eigenschwingungen des Druckzylinders angeregt werden, kann dies zu unerwünschten Artefakten im Druckbild führen.
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In
DE 197 19 635 C1 wird eine Druckzylinderanordnung beschrieben, bei der dieses Problem durch Verwendung schwingungsdämpfender Lager für den Druckzylinder gemildert werden soll. Dabei besteht jedoch wieder der Nachteil, daß die schwingungsdämpfenden Lager die Druckzylinderanordnung als Ganzes nachgiebiger gegenüber den Radialkräften machen.
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Obgleich bei der eingangs beschriebenen Konstruktion durch die starre Abstützung der Hülse bereits eine hohe Gesamtsteifigkeit erreicht wird, muß der aus Stahl bestehende Dorn einen gewissen Mindestquerschnitt haben, damit er seinerseits eine ausreichend hohe Biegesteifigkeit hat und seine Eigenschwingungen in einem möglichst hohen Frequenzbereich liegen, in dem während des Druckbetriebs normalerweise keine Anregungen auftreten.
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Je größer der Durchmesser des Dorns ist, desto höher sind das Gesamtgewicht und die Materialkosten. Außerdem werden die Einsatzmöglichkeiten der Druckzylinderanordnung für kleine Drucklängen eingeschränkt, weil mit abnehmender Drucklänge auch der Außenumfang der Druckzylinderhülse abnehmen muß, der seinerseits aber größer sein muß als der Umfang des Dorns.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckzylinderanordnung zu schaffen, mit der sich bei vergleichsweise kleinem Querschnitt des Dorns eine hohe Laufruhe und Druckqualität erreichen lassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb der Hülse eine Schwingungsdämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Biegeschwingungen des Dorns angeordnet ist.
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Da die Lagerstellen, mit denen der Dorn im Maschinengestell gelagert ist, außerhalb der Scheiben liegen, die die Hülse abstützen, verursacht eine radial, auf die Hülse einwirkende Kraft ein Biegemoment, durch das Biegeschwingungen des Dorns angeregt werden können. Die Durchbiegung des Dorns findet dabei größtenteils innerhalb der Hülse statt, speziell in dem Bereich zwischen den beiden Scheiben. Die erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungseinrichtung greift an dieser Stelle an, um die Biegeschwingung des Dorn wirksam zu dämpfen. Die starre Abstützung der Hülse auf dem Dorn und die in Radialrichtung starre Lagerung des Dorns im Maschinengestell bleiben dabei erhalten.
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Die Unterdrückung der Biegeschwingungen des Dorns erlaubt es, die Druckmaschine mit höherer Druckgeschwindigkeit und entsprechend höherer Druckzylinderdrehzahl zu betreiben, ohne daß nennenswerte Resonanzschwingungen des Dorns angeregt werden. Umgekehrt kann bei gegebener Drehzahl und gegebenen Anforderungen an die Qualität des Druckbildes der Querschnitt des Dorns verringert werden, so daß Gewicht und Kosten eingespart werden und kleinere Drucklängen möglich werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei der Schwingungsdämpfungseinrichtung kann es sich wahlweise um eine passive oder aktive Dämpfungseinrichtung handeln. Bei einer aktiven Dämpfungseinrichtung werden Aktoren durch ein elektronisches Regelsystem so angesteuert, daß die von außen auf die Druckzylinderanordnung einwirkenden Anregungen weitgehend kompensiert werden. Bislang erweist es sich jedoch als schwierig, Aktoren und elektronische Regelsysteme zu finden, die schnell und präzise genug ansprechen, um hohe Schwingungsfrequenzen wirksam zu dämpfen. Aus diesem Grund wird derzeit eine passive Schwingungsdämpfungseinrichtung bevorzugt, deren Funktionsprinzip im wesentlichen darauf beruht, daß Schwingungsenergie aufgezehrt wird.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Druckzylinderanordnung gemäß der Erfindung;
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2 einen Querschnitt einer Dämpfungseinrichtung in einer Druckzylinderanordnung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel; und
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3 bis 6 schematische Längsschnitte von Druckzylinderanordnungen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
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1 zeigt eine Druckzylinderanordnung 10 mit einem aus Stahl hergestellten Dorn 12, der drehbar in einem Maschinengestell 14 einer Rotationsdruckmaschine, beispielsweise einer Flexodruckmaschine gelagert ist. Der Dorn 12 ist mit Abstand von einer zylindrischen Hülse 16 umgeben, die beispielsweise aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist, und die auf ihrem äußeren Umfang nicht gezeigte Druckplatten oder ein Drucksleeve tragen kann. Die Hülse 16 stützt sich an beiden Enden über Scheiben 18, die gegenüber den Enden der Hülse etwas nach innen eingerückt sein können, starr auf dem Dorn 12 ab.
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Im gezeigten Beispiel weisen die Scheiben 18 jeweils am inneren Umfangsrand eine starre Nabe 20 auf, die eine bündig in die Umfangsfläche des Dorns 12 eingelassene Hydrobuchse 22 eng umschließt. Die Scheiben 18 und die Hülse 16 bilden somit eine starre Einheit, die sich mit Hilfe der Hydrobuchsen 22 starr auf dem Dorn 12 festspannen läßt.
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Der Dorn 12 ist an einem Ende, links in 1, in einem entfernbaren Lager 24 gelagert, während das entgegengesetzte Ende in zwei in axialem Abstand angeordneten Lagern 26, 28 gelagert ist. Wenn das Lager 24 entfernt wird, so wird folglich der Dorn 12 mit der darauf angeordneten Hülse 16 auslegeartig durch die beiden Lager 26, 28 gehalten.
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Auf der Seite des entfernbaren Lagers 24 weist das Maschinengestell ein Fenster 34 auf, durch das hindurch die Hülse 16 entnommen werden kann. Die Hydrobuchsen 22 sind über ein durch den Dorn 12 verlaufendes Leitungssystem 30 mit einer nicht gezeigten hydraulischen Druckquelle verbunden. Wenn dieses Hydrauliksystem drucklos geschaltet wird, geben die Hydrobuchsen 22 die Naben 20 frei, so daß sich die Hülse 16 mit den Scheiben 18 axial vom Dorn 12 abziehen läßt. Wenn die Druckmaschine auf einen anderen Druckauftrag umgerüstet werden soll, kann eine andere Hülse auf den Dorn 12 aufgeschoben und mit Hilfe der Hydrobuchsen 22 fixiert werden.
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Die Lager 24, 26 und 28 sind in nicht gezeigten Lagerböcken montiert und innerhalb des Maschinengestells 14 verfahrbar. Während des Druckbetriebs wird die Druckzylinderanordnung 10 gegen die Umfangsfläche eines nicht gezeigten Gegendruckzylinders angestellt, über den der Bedruckstoff läuft. Die Umfangsfläche der Hülse 16 wird dabei mit einer gewissen Andruckkraft gegen den Bedruckstoff angedrückt, so daß entsprechende Reaktionskräfte in Radialrichtung auf die Hülse 16 wirken, beispielsweise in Richtung der Pfeile A in 1. Diese radialen Kräfte werden durch die Scheiben 18 auf den Dorn 12 übertragen, der weiter außen in den Lagern 24 und 26 gelagert ist. Auf diese Weise entstehen Kräftepaare, die die Tendenz haben, den Dorn 12 durchzubiegen, wie in 1 übertrieben in strichpunktierten Linien angedeutet ist. Durch diesen Mechanismus kann der Dorn 12 während des Druckbetriebes zu Biegeschwingungen angeregt werden, die über die Scheiben 18 wieder auf die Hülse 16 zurückwirken und unerwünschte Artefakte im Druckbild hervorrufen können.
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Zur Unterdrückung dieser Biegeschwingungen ist innerhalb der Hülse 16 eine passive Schwingungsdämpfungseinrichtung 36A angeordnet.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel wird die Schwingungsdämpfungseinrichtung 36A durch eine zusätzliche Scheibe 38 gebildet, die mittig zwischen den Scheiben 18 sitzt und mit ihrer Nabe 40 den Umfang des Dorns 12 umschließt. In die Umfangsfläche des Dorns 12 ist an dieser Stelle eine weitere Hydrobuchse 42 eingelassen, die an dasselbe Leitungssystem 30 angeschlossen ist wie die Hydrobuchsen 22. Wenn das Hydrauliksystem unter Druck gesetzt wird, so wird folglich auch die Scheibe 38 auf dem Dorn 12 festgespannt. Anders als die Naben 20 der beiden äußeren Scheiben 18 ist jedoch die Nabe 40 in sich nicht völlig starr, sondern sie enthält eine ringförmige Schicht 48 aus kompressiblem, schwingungsdämpfendem Material.
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Wie 1 zeigt, befindet sich die Schwingungsdämpfungseinrichtung 36A an der Stelle des Dorns 12, an der die Biegeschwingung (Grundschwingung) des Dorns die größte Amplitude hat. Der fest auf der Hydrobuchse 42 sitzende Teil der Nabe 40 folgt den Oszillationen des Dorns 12, während der radial äußere Teil der Scheibe 38 fest mit der Hülse 16 verbunden ist, die aufgrund ihres großen Radius und der Materialwahl eine hohe Biegesteifigkeit hat. Folglich wird das kompressible Material der Schicht 48 abwechselnd komprimiert und gedehnt, wodurch die Schwingungsenergie aufgezehrt wird.
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Die Schicht 48 aus kompressiblem Material muß nicht zwingend in der Nabe 40 liegen, sondern kann wahlweise auch weiter außen in der Scheibe 38 liegen.
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Während in 1 nur eine einzige Schwingungsdämpfungseinrichtung 36A mittig zwischen den Scheiben 18 angeordnet ist, können in einer modifizierten Ausführungsform auch mehrere solcher Schwingungsdämpfungseinrichtungen auf der Länge des Dorns 12 verteilt angeordnet sein, so daß auch Oberschwingungen des Dorns wirksam gedämpft werden können.
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2 zeigt eine Schwingungsdämpfungseinrichtung 36B, die ähnlich aufgebaut ist wie die Schwingungsdämpfungseinrichtung 36A nach 1, bei der jedoch die Hydrobuchse 42 als schwingungsdämpfendes Element genutzt wird. Die Nabe 40, die in 2 im Querschnitt gezeigt ist, muß in diesem Fall nicht zwingend die Schicht 48 aus kompressiblem Material aufweisen. Die Hydrobuchse 42 weist im Inneren eine Ringkammer 50 auf, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, die beispielsweise wie in 1 über das Leitungssystem 30 zugeführt wird. Die radialen Abmessungen der Ringkammer 50 sind in 2 übertrieben dargestellt. Wenn der Dorn 12 zu Biegeschwingungen angeregt wird, so wird das Radialmaß der Ringkammer 50 an einer Stelle des Umfangs verengt und auf der diametral gegenüberliegenden Seite vergrößert, so daß die Hydraulikflüssigkeit verdrängt wird und in Umfangsrichtung durch die Ringkammer 50 strömt. Im Inneren der Ringkammer 50 wird durch radiale Rippen 52 oder durch Lochblenden oder dergleichen ein Drosselelement gebildet, das die Strömung der Hydraulikflüssigkeit behindert und so eine hydraulische Dämpfung der Schwingung bewirkt.
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In einer modifizierten Ausführungsform kann es sich bei der Hydraulikflüssigkeit zumindest in der Hydrobuchse 42 um eine nicht newtonsche Flüssigkeit handeln, deren Viskosität bei schockartig auftretenden Scherspannungen oder Druckwechseln stark zunimmt, so daß hochfrequente Schwingungen besonders wirksam gedämpft werden, während sich die Flüssigkeit bei stationären Druckverhältnissen wie eine niedrigviskose Flüssigkeit verhält. Wahlweise kann es sich bei der Hydraulikflüssigkeit auch um eine elektrorheologische Flüssigkeit handeln, deren Viskosität sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung beeinflussen läßt. Das erlaubt es, die Schwingungsdämpfungseigenschaften durch Variieren der angelegten Spannung bei laufender Druckmaschine zu optimieren.
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3 zeig eine Ausführungsform mit einer hydraulisch einstellbaren Schwingungsdämpfungseinrichtung 36C, die vollständig in die Nabe 40 der Scheibe 38 integriert ist.
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In der Nabe 40 ist ein Innenkonus gebildet, der einen an einer Stelle geschlitzten Konusring 54 aufnimmt. Der Konusring 54 steht an seinem inneren Umfang über eine Schicht 56 aus kompressiblem, schwingungsdämpfendem Material mit dem Umfang des Dorns 12 in Berührung. Auf der Seite des Konusrings 54, die den größeren Querschnitt hat, sind gleichmäßig auf dem Umfang verteilt mehrere Kolben 58 gebildet, die jeweils in einer Hydraulikkammer 60 geführt sind. Die Hydraulikkammern, von denen in 3 nur eine sichtbar ist, sind untereinander verbunden, und eine von ihnen ist auf der Außenseite der Nabe 40 durch eine Schraube 62 abgeschlossen, die eine Steckaufnahme für eine Stellstange 64 aufweist. Eine Bohrung 66 in der Scheibe 18 auf der Seite des Lagers 24 erlaubt es, die Stellstange 64 von der Bedienungsseite der Druckmaschine her in die Hülse 16 einzuführen und drehfest an die Schraube 62 anzukuppeln, so daß diese tiefer in die Hydraulikkammer 60 eingeschraubt werden kann, um den hydraulischen Druck zu erhöhen. Dabei verschiebt sich der geschlitzte Konusring 54 innerhalb des Innenkonus der Nabe 40, so daß er sich enger um den Umfang des Dorns 12 schließt.
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Nachdem die Hülse 16 auf den Dorn 12 aufgeschoben und mit Hilfe der Hydrobuchsen 22 festgespannt wurde, wird mit Hilfe der Steilstange 64 Druck auf die Hydraulikkammern 60 gegeben, so daß auch die Scheibe 38 fest auf dem Dorn verspannt wird. Durch geeignete Wahl des Druckes kann dabei die Dämpfungswirkung der kompressiblen Schicht 56 eingestellt werden.
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4 zeigt eine Ausführungsform mit einer Schwingungsdämpfungseinrichtung 36D, die sich von der Schwingungsdämpfungseinrichtung 36C nach 3 dadurch unterscheidet, daß die einstellbare Schwingungsdämpfung nicht durch einen Konusring mit einer kompressiblen Schicht, sondern durch eine Lamellenkupplung 68 bewirkt wird. Die Nabe 40 ist hier mit Hilfe einer an das Leitungssystem 30 angeschlossenen Hydrobuchse 22 fest auf den Dorn 12 aufgespannt, während die Scheibe 38 die Nabe 40 mit radialem Spiel umgibt und nur durch die Lamellenkupplung 68 mit der Nabe verbunden ist. Der hydraulische Druck in den Hydraulikkammern 60 dient hier zur Betätigung der Lamellenkupplung 68 über einen Druckring 70.
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Die Schwingungsenergie des Dorns 12 wird in diesem Fall durch Reibung oder Scherspannungen in den Lamellen der Lamellenkupplung 68 aufgezehrt. Mit Hilfe der Stellstange 64 läßt sich die Stärke der Dämpfungswirkung einstellen, und zwar unabhängig von dem hydraulischen Druck im Leitungssystem 30. Somit kann die Hülse 16 vom Dorn gelöst und wieder aufgeschoben werden, ohne daß das Schwingungsdämpfungssystem neu eingestellt werden muß.
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5 zeigt eine Ausführungsform mit einer Schwingungsdämpfungseinrichtung 36E, die den gesamten Zwischenraum zwischen den Scheiben 18 ausfüllt. Die Naben der Scheiben 18 sind durch ein dünnwandiges Rohr 72 verbunden, das an der Umfangsfläche des Dorns 12 anliegt und sich geringfügig elastisch aufweiten läßt. Dieses Rohr 72 ist von einer Schicht 74 aus kompressiblem, schwingungsdämpfendem Material umgeben, und diese ist wiederum von einer weniger kompressiblen Füllmaterialschicht 76 umgeben, die den gesamten radialen Zwischenraum bis zur Innenfläche der Hülse 16 ausfüllt.
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Zusätzlich zu dem Leitungssystem 30 für die Hydrobuchsen 22 und die Scheiben 18 ist in dem Dorn 12 ein pneumatisches Leitungssystem 78 gebildet, über das Druckluft zu auf der Umfangsfläche des Dorns 12 verteilten Düsen 80 zugeführt werden kann.
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Wenn die Hülse 16 auf den Dorn 12 aufgeschoben werden soll, so wird mit Hilfe der Düsen 80 ein Luftpolster erzeugt, das die Reibung zwischen dem Rohr 72 und dem Dorn 12 vermindert. Wenn anschließend die Hülse mit Hilfe der Hydrobuchsen 22 auf dem Dorn festgespannt wird, so wird die Druckluftzufuhr abgeschaltet, so daß sich das Rohr 72 eng um die Umfangsfläche des Dorns schließt. Die Schwingungen des Dorns 12 werden dann auf ganzer Länge dieses Dorns vor allem durch die kompressible Schicht 74 gedämpft.
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6 zeigt eine Schwingungsdämpfungseinrichtung 36F, die sich von der Schwingungsdämpfungseinrichtung 36E nach 5 dadurch unterscheidet, daß das Rohr 72 aus elastischem und leicht kompressiblem Material von einer abwechselnden Folge von Ringen 82 aus verhältnismäßig steifem Material und dünneren Ringen 84 aus kompressiblem, schwingungsdämpfendem Material umgeben ist. Die Ringe 82, 84 füllen den Zwischenraum zwischen den Naben der Scheiben 18 vollständig aus, doch ist ihr Radius kleiner als der Innenradius der Hülse 16.
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Biegeschwingungen des Dorns 12 führen hier dazu, daß die Ringe 84 an bestimmten Stellen des Umfangs abwechselnd axial komprimiert und gedehnt werden. Dabei wird die Schwingungsenergie maßgeblich von den kompressiblen Ringen 84 aufgezehrt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3378902 A [0002]
- EP 1025996 A1 [0003]
- US 5819657 A [0004]
- DE 19719635 C1 [0006]
