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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren von Farbe in einer Druckmaschine, umfassend eine Walze, eine Rakel und eine Schwingeinrichtung, welche die Rakel zu und von der Walze hin- und wegschwingt, um Verstopfungen eines von der Walze zusammen mit der Rakel gebildeten Dosierspalts zu vermeiden.
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In der
DE 10052011 A1 ist eine Farbdosiereinrichtung mit mindestens einem Dosierelement beschrieben, welches in einer Anlagestellung an einer Walze anliegt, die eine Farbauftragswalze ist oder an einer solchen anliegt. Das Dosierelement ist mittels einer diesem zugeordneten Schwingeinrichtung zwischen der Anlagestellung und einer Abstandsstellung hin- und herschwingbar gelagert. Es ist eine Führung vorhanden, welche dem Dosierelement eine relativ zur Walze in etwa radiale Schwingungsrichtung vorgibt. Dadurch wird erreicht, dass jedes Mal zwischen dem Dosierelement und einer Umfangsoberfläche der Walze ein Spalt vorhanden ist, wenn das Dosierelement im Laufe der diesem durch die Schwingeinrichtung aufgezwungenen Schwingung die Abstandsstellung erreicht hat. Der Spalt ist größer als die in der Druckfarbe befindlichen Schmutzpartikel bemessen, so dass diese ohne hängenzubleiben durch den Spalt hindurchtreten können. Dadurch werden Verstopfungen im Bereich des Dosierelements vermieden.
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In
DE 10310689 A1 ist eine Dosiervorrichtung zur Dosierung von Druckfarbe in einer Druckmaschine beschrieben, mit einer Walze und einer Dosierrakel, die in eine Wellenbewegung versetzt ist. Infolge der Wellenbewegung liegt eine Rakelkante während des Druckbetriebes nur partiell an der rotierenden Walze an und ist ein jeder der intermittierend mit der Walze in Kontakt kommenden Punkte der Rakelkante pro Zeiteinheit oder pro Umdrehung der Walze einem zeitlich verkürzten Verschleiß ausgesetzt. Die Rakelkante weist eine sich der Wellenbewegung entsprechend fortpflanzende Wellenform auf und während des Druckbetriebes ist die Rakelkante wellenförmig verformt und in ständiger Bewegung, so dass die wellenförmige Verformung bzw. Wellenform an der Rakelkante entlang läuft. Die Wellenbewegung wird mittels eines Wellenerzeugers erzeugt, der zueinander der Wellenbewegung entsprechend steuerungstechnisch synchronisierte Einzelaktuatoren umfasst, die von piezoelektrischer Bauart sein können.
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Bei der in dem zuletzt genannten Dokument beschriebenen Vorrichtung ist der Verschleiß der Rakel zwar vermindert, jedoch immer noch vorhanden.
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Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung zu schaffen, bei welcher günstige Bedingungen für einen praktisch rakelverschleißfreien Betrieb gegeben sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dosieren von Farbe in einer Druckmaschine umfasst eine Walze mit einer geometrischen Rotationsachse, eine Rakel mit einer Axialrichtung, die parallel mit der Rotationsachse verläuft, einen Dosierspalt, der von der Rakel zusammen mit der Walze gebildet wird, eine Schwingeinrichtung, die an einem axialen Ende der Rakel angeordnet ist und eine in die Axialrichtung gerichtete Kraft periodisch auf die Rakel ausübt, derart, dass infolge der Kraft senkrecht relativ zu der Axialrichtung gerichtete Querkontraktionen in der Rakel hervorgerufenwerden und infolge dieser Querkontraktionen die Rakel zu und von der Walze hin und weg schwingt.
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Durch diese Schwingung können Verstopfungen des Dosierspalts vermieden werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen genannt.
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Bei einer Weiterbildung steht die Rakel während ihrer Schwingung permanent außer Kontakt mit der Walze und ist demzufolge der Dosierspalt permanent mehr oder weniger weit offen.
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Bei einer weiteren Weiterbildung schwingt die Schwingeinrichtung mit einer Frequenz, die mindestens 500 Hz beträgt.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Schwingeinrichtung ein Ultraschallaktor.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist mindestens ein Stellantrieb zum Verstellen der Rakel zu und von der Walze hin und weg vorhanden, um die auf der Walze zu dosierende Menge der Farbe einzustellen.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist mindestens ein Sensor zum Erfassen des Rundlaufes der Walze auf diese gerichtet und mit dem Stellantrieb verbunden und ist der Stellantrieb in Abhängigkeit von Signalen des Sensors derart angesteuert, dass durch eine Nachführbewegung der Rakel Rundlaufabweichungen der Walze ausgeglichen werden.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist der mindestens eine Sensor nah an dem einen axialen Ende der Walze angeordnet und ist nah an dem anderen axialen Ende der Walze ein weiterer Sensor zum Erfassen des Rundlaufes der Walze angeordnet und ist der weitere Sensor mit einem weiteren Stellantrieb zum Verstellen der Rakel verbunden.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist der Rakel eine Farbzuführeinrichtung in Drehrichtung der Walze gesehen vorgeordnet.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Farbzuführeinrichtung eine Farbwanne und ist die Walze eine Tauchwalze, die in die Farbwanne eintaucht.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Farbzuführrichtung eine Zuführwalze, die an der Walze anliegt.
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Bei einer weiteren Weiterbildung ist die Farbzuführeinrichtung eine Tintenstrahleinrichtung, die auf die Walze gerichtet ist.
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Unter „Farbe” wird im Zusammenhang mit vorliegender Erfindung nicht nur eine Druckfarbe, sondern auch ein Lack oder eine andere Beschichtungsflüssigkeit verstanden. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Zeichnung.
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In dieser zeigt:
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1 eine Farbdosiereinrichtung mit einer axial angeregten Schwingrakel, und
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2 einen geschlossenen Regelkreis zum Regeln des Abstandes zwischen der Schwingrakel und einer Walze.
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In 1 ist ausschnittsweise eine Druckmaschine 1 dargestellt. Mittels der Druckmaschine 1 wird vorzugsweise bogenförmiger Bedruckstoff im Flexodruck oder vorzugsweise lithographischen Offsetdruck bedruckt. Der Ausschnitt zeigt eine Dosiervorrichtung 2 zum Dosieren der Farbe. Die Dosiervorrichtung 2 umfasst eine Walze 3 mit einer Rotationsachse 4 und eine Rakel 5.
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Die Rakel 5 hat im Wesentlichen die Form eines Prismas und besteht aus Stahl. Der polygonförmige Querschnitt der Rakel 5 bildet zur Walze 3 hin eine dachförmig oder spitz zulaufende Schneide. Zylindrische Lagerzapfen der Rakel 5 sind an den Enden des prismatischen Rakelgrundkörpers angeformt oder angebracht. Die Rakel 5 längserstreckt sich in eine Axialrichtung 6, die parallel mit der Rotationsachse 4 der Walze 3 ist. Zusammen mit der Walze 3 bildet die Rakel 5 im Bereich ihrer Schneide einen Dosierspalt 7. Durch eine mittels eines Pfeils in der Zeichnung nur symbolisch angedeutete Farbzuführeinrichtung 15, z. B. eine Zuführwalze, wird die Farbe auf die Walze 3 aufgebracht. Die aufgebrachte Farbe wird durch die Rakel 5 vergleichmäßigt und auf eine geringere Farbfilmdicke von 2,5 μm bis 15 μm reduziert. Der durch die Rakel 5 vergleichmäßigte Farbfilm auf der Walze 3 wird von dieser an eine weitere Walze abgegeben, die aus Gründen besserer Übersichtlichkeit zeichnerisch nicht mit dargestellt ist.
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Eine Schwingeinrichtung 8 ist als Ultraschallaktor, z. B. als Piezoaktor, ausgebildet und derart angeordnet, dass sie eine entlang der Axialrichtung 6 gerichtete Schwingung erzeugt und auf die Rakel 5 überträgt. Die Frequenz der Schwingung kann 20 kHz bis 35 kHz betragen. Im Falle einer von einem Ultraschallaktor verschiedenen Schwingeinrichtung müsste die Frequenz der Schwingeinrichtung mindestens 500 Hz betragen. Die dabei von der Schwingeinrichtung 8 auf die Rakel 5 ausgeübte Kraft F ruft in der Rakel 5 Querkontraktionen Q hervor, infolge welcher die Schneide der Rakel 5 im Wesentlichen radial zur Walze 3 hin und von letztere weg bewegt wird. Die Schwingeinrichtung 8 regt die Schwingung der Rakel 5 derart an, dass diese in ihrem Resonanzbereich schwingt.
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Die Rakel berührt die Umfangsoberfläche der Walze 3 niemals, auch nicht bei der maximalen Annäherung der Schneide an die Walze 3. Zur Kompensation des Zylinderformfehlers der Walze 3 ist die Schneide der Rakel 5 „eingeschliffen” und somit dem Mantellinienverlauf der Walze 3 in äquidistanter Weise angeglichen. Im Druckbetrieb setzt die Schneide der schwingenden Rakel 5 nicht auf die Walze 3 auf. Somit ist abrasiver Rakelverschleiß ausgeschlossen. Die entsprechend der Querkontraktionen erfolgende Schwingung der Rakel 5 bildet eine stehende Welle und dient dazu, dass Festsetzen von Partikeln im Dosierspalt 7 zu verhindern. Diese vorteilhafte Wirkung ist auch in den Bereichen der Knotenpunkte der stehenden Welle infolge von Wechselwirkungen mit den danebenliegenden Bereichen gewährleistet.
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Zum Einstellen der Schichtdicke des mittels der Rakel 5 auf der Walze 3 erzeugten Farbfilms ist die Rakel 5 in Gelenken 9, 10 gelagert und mittels Stellantrieben 11, 12 zu und von der Walze hin und weg verstellbar gelagert. Die Gelenke 9, 10 sind Schubgelenke oder Linearführungen. Der eine Stellantrieb (erster Stellantrieb) 11 ist an dem auf der Antriebsseite der Druckmaschine 1 liegendem Rakelende an die Rakel 5 angreifend angeordnet und der andere Stellantrieb (zweiter Stellantrieb) 12 an dem auf der Bedienungsseite liegenden Rakelende.
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Der antriebsseitige Stellantrieb 11 ist über eine elektronische Steuerungseinrichtung 16 mit einem antriebsseitigen Sensor (erster Sensor) 13 verbunden und der bedienungsseitige Stellantrieb 12 ist über die Steuerungseinrichtung 16 mit einem bedienungsseitigen Sensor (zweiter Sensor) 14 steuerungstechnisch verbunden. Die Sensoren 13, 14 sind an der Rakel 5 fest angebracht, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Sensoren 13, 14 sind Wegsensoren oder berührungslos, z. B. kapazitiv, messende Abstandssensoren und auf die Umfangsoberfläche der Walze 3 gerichtet.
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Anhand der 2 wird nachfolgend erläutert, wie das in der 1 dargestellte System funktioniert: Mittels der Sensoren 13, 14 wird der Rundlauf der Walze 3 jeweils ortsbezogen während des Druckbetriebes kontinuierlich gemessen. Die Rakel 5 entspricht der Regelstrecke des in 2 dargestellten geschlossenen Regelkreises. Auf diese Regelstrecke wirkt eine Störgröße 17 ein, nämlich der Rundlauffehler der Walze 3. Die zu regelnde Regelgröße 18 ist der Abstand zwischen der Rakel 5 und der Walze 3. Ein Regler wird durch die Steuerungseinrichtung 16 gebildet oder ist deren Bestandteil. In diesen Regler gibt der Bediener den Sollwert 19 ein, hier die zu dosierende Farbmenge. Aus den Signalen der Sensoren 13, 14 und dem eingegebenen Sollwert 19 leitet der Regler eine Steuergröße 20 für den jeweiligen Stellantrieb 11, 12 ab. Dementsprechend wird von dem jeweiligen Stellantrieb 11, 12 die Stellgröße 21 beeinflusst, d. h., der Abstand zwischen der Rakel 5 und der Walze 3 auf der jeweiligen Maschinenseite nachgestellt. Die Stellantriebe 11, 12 halten auf diese Weise die entsprechend des Sollwertes 19 vorgegebene Weite des Dosierspaltes 7 und somit der dosierten Farbmenge konstant und der Rundlauffehler bewirkt keine Veränderung der Spaltweite und der Dosiermenge. Die Stellantriebe 11, 12 sind im Druckbetrieb aktiv und arbeiten während jeder vollen Umdrehung der Walze 3. Die von den Stellantrieben 11, 12 entsprechend dem Rundlauffehler erzeugte Schwingung ist vergleichsweise niederfrequent und kann z. B. bei einer Druckgeschwindigkeit von 18.000 Bogen pro Stunde 5 Hz betragen.
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Über eine entsprechende Wahl der Fertigungstoleranzen für die Walze 3 ist sichergestellt, dass die Amplitude und Phasenlage der verbleibenden Rundlauffehler über die Stellantriebe 11, 12 ausgeglichen werden kann. Bei der Fertigung der Walze 3 ist weiterhin sichergestellt worden, dass deren Rundlauffehler über die gesamte relevante axiale Länge der Walze 3 von gleicher Größe ist oder sich linear ändert. Dies ermöglicht den Einsatz von nur zwei Stellantrieben 11, 12 zum Ausgleich der Rundlauffehler.
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Während des Druckbetriebs arbeitet zusätzlich zu den Stellantrieben 11, 12 auch die Schwingeinrichtung 8, welche eine vergleichsweise hochfrequente Axialschwingung auf die Rakel 5 überträgt. In der Rakel 5 wird die Axialschwingung aufgrund der Querkontraktion in eine Art Radialschwingung umgewandelt, deren Frequenz mindestens 500 Hz und vorzugsweise 20 kHz bis 35 kHz beträgt. Diese Radialschwingung hat eine sehr kleine Amplitude und ist der durch die Stellantriebe 11, 12 bewirkten Schwingung überlagert. Die von der Schwingeinrichtung 8 erzeugte Schwingung bewirkt einen Selbstreinigungseffekt der Rakel 5 im Dosierspalt 7. Es können sich keine aus der Farbe stammenden Partikel, z. B. Pigmente von UV-Farben, im Dosierspalt 7 festsetzen.
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Bei einer zeichnerisch nicht näher dargestellten Modifikation ist neben der Schwingeinrichtung 8 noch eine weitere solche Schwingeinrichtung vorhanden, die am anderen Ende der Rakel 5, welches hierbei nicht gestellfest fixiert ist, mit der Rakel 5 gekoppelt ist. Hierbei arbeitet die zweite Schwingeinrichtung dergestalt, dass die ankommenden Schwingungswellen absorbiert werden. Dies kann durch einen gegenphasigen Betrieb der Aktoren erreicht werden, so dass jeweils die eine Schwingeinrichtung die bei ihr ankommenden und von der anderen Schwingeinrichtung erzeugten Wellen auslöscht.
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Eine weitere Möglichkeit ist die Anpassung der Impedanz der zweiten Schwingeinrichtung an die Impedanz der Übertragungsstrecke, d. h. der Rakel.
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Eine weitere Möglichkeit, die Absorption der ankommenden Schwingungswellen zu erreichen, besteht darin, durch die beiden Schwingeinrichtungen mit gleicher Anregungsfrequenz und 90° Phasendifferenz zwei Eigenformen mit nahe beieinanderliegenden Eigenfrequenzen anzuregen. Dazu muss der Angriffspunkt der zweiten Schwingeinrichtung oder die Eigenform so gewählt werden, dass die Schwingeinrichtungen jeweils in einem Knoten der angeregten Eigenform der anderen Schwingeinrichtung positioniert sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckmaschine
- 2
- Dosiervorrichtung
- 3
- Walze
- 4
- Rotationsachse
- 5
- Rakel
- 6
- Axialrichtung
- 7
- Dosierspalt
- 8
- Schwingeinrichtung
- 9
- Gelenk
- 10
- Gelenk
- 11
- Stellantrieb
- 12
- Stellantrieb
- 13
- Sensor
- 14
- Sensor
- 15
- Farbzuführeinrichtung
- 16
- Steuerungseinrichtung
- 17
- Störgröße
- 18
- Regelgröße
- 19
- Sollwert
- 20
- Steuergröße
- 21
- Stellgröße
- F
- Kraft
- Q
- Querkontraktion
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10052011 A1 [0002]
- DE 10310689 A1 [0003]
