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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Anordnung für
die Synchronisierung eines elektrischen Einzelantriebes an einem
ersten, in einem Gestell gelagerten Zylinder, insbesondere in Rotationsdruckmaschinen,
mit einem benachbarten zweiten, schwenkbar gelagerten Zylinder nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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In zunehmendem Maße werden Druckmaschinen, beispielsweise
Offsetdruckmaschinen, eingesetzt, bei denen einzelne Zylinder aus
dem durchgehenden Antriebsräderzug
ausgegliedert werden und einzeln angetrieben werden. Beispielsweise
können
Plattenzylinder einen separaten Antriebsmotor (Einzelantrieb) besitzen,
damit z.B. alle Plattenzylinder gleichzeitig in die Plattenwechselposition
gedreht werden können,
um den Plattenwechsel an allen Druckwerken gleichzeitig durchführen zu
können. Dadurch
werden Rüstzeiten
eingespart.
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Zur Synchronisierung der Einzelantriebe
mit dem zentralen Antriebsräderzug
sind Drehwinkelgeber im Antriebsräderzug angeordnet, die die
Drehwinkel-Sollwerte für
die Regelung der Einzelantriebe vorgeben. Durch die synchrone Rotation
der benachbarten Zylinder soll sichergestellt werden, dass die Mantelflächen stets
aufeinander abrollen und keine Relativbewegungen an den Kontaktstellen
der Mantelflächen
zustande kommen, wodurch entweder die Druckbildübertragung beeinträchtigt wird
oder Zugspannungen im Bedruckstoff erzeugt werden. Die Synchronisierung
des Einzelantriebes am Plattenzylinder mit dem vom Antriebsräderzug angetriebenen Gummituchzylinder
erfolgt über
einen Drehwinkelgeber an der Gummituchzylinderwelle.
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Besondere Maßnahmen zur Synchronisierung
sind dann erforderlich, wenn einer der miteinander synchronisierten
Zylinder relativ zum anderen die Lage seiner Drehachse ändert, wie
dies beispielsweise bei Gummituch- und Plattenzylinderpaarungen der
Fall ist. Zu Beginn eines Druckprozesses muss ein am Druck beteiligter
Gummituchzylinder, der das Druckbild vom Plattenzylinder auf den
Bedruckstoff übertragen
soll, an den Druckzylinder angestellt werden (Druck-an-Position),
bei Druckunterbrechungen muss er von diesem abgeschwenkt werden (Druck-ab-Position).
Hierzu ist der Gummituchzylinder in einer Schwenkvorrichtung gelagert.
Die Schwenkvorrichtung ist beispielsweise ein Exzenterlager oder
eine Schwinge. Bei Verwendung eines Exzenterlagers ist die Welle
des Zylinders exzentrisch bezüglich
der Drehachse des Exzenterlagers in der Seitenwand gelagert.
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Aufgrund der geringen Schwenkwege
verbleibt der Gummituchzylinder selbst in der Druck-ab-Position im Zahneingriff
mit dem Zahnräderzug,
so dass der abschwenkende Zylinder eine Drehung infolge des Abrollens
der Zahnflanken am Zahneingriffspunkt vollzieht. Diese Drehung wird überlagert
von einer translatorischen Bewegung der Zylinderwelle infolge der
Drehung des Exzenterlagers.
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Innerhalb eines ersten Schwenkwinkelbereiches
(Kontaktbereich) vollzieht sich die translatorische Schwenkbewegung
des Gummituchzylinders näherungsweise
tangential zur Plattenzylinderoberfläche, so dass das Gummituch
in Kontakt mit der auf dem Plattenzylinder aufgespannten Druckplatte bleibt.
Auch die den Gummituch- und Plattenzylindern beiderseitig zugeordneten
Schmitzringe, die kraftschlüssig
aufeinander abrollen und eine gleichmäßigere Pressung zwischen beiden
Zylindern und eine synchrone Drehbewegung bewirken, bleiben in der
Anfangsphase des Abschwenkens miteinander in Kontakt.
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Erst in einem zweiten Schwenkwinkelbereich außerhalb
des Kontaktbereiches entfernt sich der Gummituchzylinder vom Plattenzylinder
bis in eine Druck-ab-Position, in der kein Kontakt der Zylinderoberflächen und
Schmitzringe mehr besteht. Dieser zweite Bereich ist für die Synchronität der Drehbewegung
beider Zylinder weniger problembehaftet und ist nicht Gegenstand
der Erfindung.
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Synchronisierungsprobleme beim Schwenken
im Kontaktbereich entstehen dadurch, dass nur die Drehung des Gummituchzylinders
beim Abrollen der Zahnflanken während
des Abschwenkens durch den an der Gummituchzylinderwelle angeordneten Drehwinkelgeber
erfasst und über
die Maschinensteuerung die Drehwinkelposition des Plattenzylinders
entsprechend synchron nachgeführt
werden kann. Dagegen ist die Erfassung der translatorischen Bewegung
der Zylindennrelle mit dem Drehwinkelgeber nicht möglich, so
dass die tangentiale Verschiebung der Gummituchzylinderoberfläche relativ
zur Plattenzylinderoberfläche
nicht von der Maschinensteuerung erkannt wird und demzufolge auch
nicht mit einem äquivalenten
zusätzlichen
Mitdrehen des Einzelantriebes am benachbarten Plattenzylinder nachvollzogen
wird.
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Der Plattenzylinder wird dadurch
einerseits – vergleichbar
mit einer Zahnstange, die in ein Zahnrad eingreift – durch
den reibschlüssigen
Oberflächenkontakt
zwischen Gummituch und Druckplatte bzw. zwischen den Schmitzringen
zu einer Drehung veranlasst. Diese wird aber andererseits durch
die Positionsregelung des Plattenzylinderantriebs, die die Verschiebung
der Gummituchzylinderwelle nicht erfasst hat, verhindert.
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Beim Abschwenken des Gummituchzylinders
im Kontaktbereich geht deshalb die Drehwinkel-Soll-Lage des benachbarten,
einzeln angetriebenen Plattenzylinders gegenüber dem Gummituchzylinder verloren
und es kommt zu einem Schlupf zwischen Gummituch und Druckplatte
und damit zu einem unerwünschten
Drehmomentensprung am Einzelantrieb sowie zu einem Verwischen des
Druckbildes. Schwingungen in der Druckmaschine und Druckstörungen sind
die Folge.
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Dasselbe Problem tritt beim Zurückschwenken
des Gummituchzylinders an den Plattenzylinder auf.
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Aus der
DE 197 20 952 C2 ist eine
Drehwinkelkorrektureinrichtung für
einen schwenkbaren Zylinder mit Einzelantrieb bekannt, die mit Hilfe
zusätzlicher
Messmittel entweder die Translationsbewegung der Zylinderachse bestimmt
oder den Schwenkwinkel erfasst und einer mehrstufigen Regeleinrichtung
zuführt,
die daraus den erforderlichen Korrekturwinkel für den Einzelantrieb ermittelt
zur Unterdrückung
von Relativbewegungen zwischen den benachbarten Zylinderoberflächen. Nachteilig
ist der wirtschaftliche Aufwand für zusätzliche Lagegeber und Regelungseinrichtungen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die ohne
zusätzliche
Lagegeber und mit geringem wirtschaftlichen Aufwand Synchronitätsfehler zwischen
einem Zylinder mit Einzelantrieb und einem schwenkbaren benachbarten
Zylinder, der von einem weiteren Antrieb angetrieben wird, zumindest
auf ein Minimum reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren,
wie in Anspruch 1 angegeben, und eine Anordnung mit den Merkmalen
des Anspruches 2 gelöst.
Zwei vorteilhafte Ausbildungen für
die erfindungsgemäße Anordnung
sind den Ansprüchen
3 und 4 zu entnehmen.
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In vorteilhafter Weise wird der Korrekturwinkel
für die
Synchronisierung des einzeln angetriebenen Zylinders mit der Translationsbewegung
des zweiten, zentral angetriebenen Zylinders durch eine einfache
mechanische Kopplung der Schwenkbewegung des zweiten Zylinders mit
der Winkellage des daran angeordneten Drehwinkelgebers relativ zum Maschinengestell
am Drehwinkelgeber selbst gebildet und somit neben einer trägheitsarmen
und einfachen Regelung auch eine geringe Störanfälligkeit erreicht. Weiterhin
entfällt
der Aufwand für
zusätzliche Messwertgeber
und deren Einbindung in die Regelstrecke. Die erfindungsgemäße Anordnung
ist sowohl für
exzentrisch als auch in einer Schwinge gelagerte Zylinder einsetzbar.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand
der Zeichnungen näher
erläutert.
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Es zeigen
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1:
einen schwenkbaren Gummituchzylinder in der „Druck-an"-Position und in einer zweiten Position
am Ende des Kontaktbereiches (Zwischenposition) gemeinsam mit den
benachbarten Platten- und Druckzylindern einer Bogenoffsetdruckmaschine,
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2:
ein erstes Ausführungsbeispiel
für die Kopplung
des Drehwinkelgebergehäuses
mit dem Maschinengestell über
einen Hebel,
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3:
ein zweites Ausführungsbeispiel
für die
Kopplung des Drehwinkelgebergehäuses
mit dem Maschinengestell über
ein Koppelgetriebe.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eines Druckwerksausschnittes in Stirnansicht
von oben nach unten einen Plattenzylinder 1, einen mit seinen
Wellenzapfen in einem Exzenterlager 4 gelagerten, schwenkbaren
Gummituchzylinder 2 und einen in einem Gestell gelagerten
Druckzylinder 3 innerhalb eines Druckwerkes. Der Plattenzylinder 1 weist
einen Einzelantrieb M auf. Gummituchzylinder 2 und Druckzylinder 3 werden über einen
zentralen Antriebsräderzug
angetrieben, wobei der Zahneingriffspunkt der kämmenden Antriebszahnräder beider
Zylinder mit A1,2 bezeichnet ist. Aus Vereinfachungsgründen ist
zwischen dem Berührungspunkt der
Zylinderoberflächen
und dem Abwälzpunkt
der Zahnräder
nicht unterschieden worden.
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Dem zentral angetriebenen Gummituchzylinder 2 sind
Schmitzringe auf beiden Seiten der Gummituchzylinderwelle zugeordnet,
die mit weiteren Schmitzringen auf der Welle des einzeln angetriebenen
Plattenzylinders 1 zusammenwirken. Die Schmitzringe rollen
paarweise kraftschlüssig
aufeinander ab, synchronisieren somit die Rotation von Platten-
und Gummituchzylinder 1,2 und begrenzen den Anpressdruck
zwischen Druckplatte und Gummituch. Auch hier wurde aus Vereinfachungsgründen in der 1 nicht zwischen dem Kontakt
der Schmitzringe und dem Kontakt der Zylinderoberflächen differenziert.
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An der Welle des Gummituchzylinders 2 ist ein
Drehwinkelgeber 5 angeordnet, dessen Rotor drehfest mit
der Gummituchzylinderwelle verbunden ist und dessen Stator drehbeweglich
auf der Gummituchzylinderwelle gelagert ist. Die Welle des Gummituchzylinders 2 kann
durch Drehung der Exzenterlager 4 auf beiden Zylinderseiten
von einer „Druck- an"-Position G1 über
eine Zwischenposition G2 in eine „Druck-ab"-Position geschwenkt
werden, wobei sich der von der Verbindungslinie Gummituchzylinderwelle – Zahneingriffspunkt
A1,2 und einer Senkrechten durch den Gummituchzylindermittelpunkt
gebildete Winkel infolge der Rotation des Gummituchzylinders 2 um
den Zahneingriffspunkt A1,2 von einem Winkel γ1 in
einen Winkel γ2 ändert,
der größer als γ1 ist.
Weiterhin verschiebt sich infolge der Translationskomponente der
Schwenkbewegung des Gummituchzylinders von G1 nach
G2 die Lage der Kontaktstellen der Mantelflächen bzw.
der Schmitzringe von B1 nach B2 und
es vergrößert sich
der Winkel zwischen einer Senkrechten durch den Plattenzylindermittelpunkt
und der Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten von Platten-
und Gummituchzylinder 1,2 von α1 auf α2.
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In 2 ist
die Kopplung des Drehwinkelgebergehäuses mit dem Maschinengestell
in einer ersten Variante schematisch dargestellt. Die Kopplung erfolgt
hier direkt mit Hilfe eines Hebels 6, der in radialer Ausrichtung
fest an einer Platte 9.1, die das Gebergehäuse (Stator
des Drehwinkelgebers 5) trägt, und in einem zu ermittelnden
Winkel zur Schwenkrichtung angeordnet ist. Der Hebel 6 wird
mit einer einseitig gestellfesten Feder 7 an einer gestellfesten Abstützkontur 8 spielfrei
glei tend geführt,
wobei die Abstützkontur 8 ein
Bolzen oder eine Kante an der Gestellwandung o.ä. sein kann und als Anschlag
für den
Hebel 6 wirkt.
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In 3 ist
das Drehwinkelgebergehäuse mit
dem Maschinengestell in einer zweiten Variante mit einer Schwinge 10 verbunden,
die drehbeweglich und exzentrisch zur Welle des Gummituchzylinders 2 an
der Platte 9.2 und an einem gestellfesten Gelenkpunkt 11 am
Maschinengestell befestigt ist. Die Schwinge 10 stellt
dabei die einfachste Variante für die
Kopplung des Drehwinkelgebergehäuses
mit dem Maschinengestell dar. Zur flexibleren Anpassung an die Einbauverhältnisse
kann die einfache Schwinge 10 auch durch ein komplexeres
Koppelgetriebe oder unter Zuhilfenahme von Kurvengeometrien ersetzt
werden. Auch die umgekehrte Zuordnung von Gebergehäuse und
Geberwelle zum Maschinengestell bzw. zur Zylindennrelle ist im Rahmen
der Erfindung vorgesehen.
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Die Funktionsweise der Anordnung
ist folgende:
In der „Druck-an"-Position ist der
Gummituchzylinder 2 an den Druckzylinder 3 angestellt
und überträgt das Druck(teil)bild
vom Plattenzylinder 1 auf den auf dem Druckzylinder 3 geführten Bogen.
Der Drehwinkelgeber 5 auf der Welle des Gummituchzylinders 2,
dessen Gehäuse
mit dem Maschinengestell gekoppelt ist, erfasst den zeitlichen Verlauf
der Drehwinkelwerte des Gummituchzylinders 2 und übermittelt
diese an die Antriebsregelung des Einzelantriebes M für den Plattenzylinder 1,
um die Rotation des Plattenzylinders 1 mit dem vom Antriebsräderzug angetriebenen
Gummituchzylinder 2 zu synchronisieren.
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Wird der Gummituchzylinder 2 durch
Verdrehen der Exzenterlager 4 vom Druckzylinder 3 abgeschwenkt,
um die Druck(teil)bildübertragung
auf den Bogen zu unterbrechen, ist der Schwenkweg so gering, dass
dabei der Zahneingriff der Antriebsräder von Gummituch- und Druckzylinder 2,3 fortbestehen bleibt.
Beim Abschwenken kommt es deshalb neben der Verschiebung des Gummituchzylinders 2 von
G1 nach G2 zu einer
Abrollbewegung des Antriebszahnrades des Gummituchzylinders 2 auf
dem Druckzylinderzahnrad um den Zahneingriffspunkt A1,2,
die eine Drehung des Gummituchzylinders 2 um den Winkel (γ2-γ1)
bewirkt. Die Zylinderdrehung (γ2-γ1) wird vom Drehwinkelgeber 5 erfasst
und daraufhin der Plattenzylinder 1 durch die Positionsregelung
des Einzelantriebes M ebenfalls um diesen Winkel verdreht, so dass
es deswegen zu keiner Relativbewegung an den Kontaktstellen mit
dem Plattenzylinder 1 (Gummituch-Druckplatte, Schmitzringe)
kommt.
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Wegen der translatorischen Komponente
der Schwenkbewegung tangential zur Plattenzylinderoberfläche ist
jedoch zur Vermeidung von Schlupf an den Kontaktstellen zwischen
Platten- und Gummituchzylinder 1,2 noch eine zusätzliche
Rotation des Plattenzylinders 1 von B1 nach
B2 um die Winkeldifferenz Δα = (α2-α1)
erforderlich. Die translatorische Verschiebung des Gummituchzylinders 2 relativ
zum Plattenzylinder 1 ist jedoch ohne die erfindungsgemäße Kopplung
der Winkellage des Drehwinkelgebergehäuses mit der Schwenkbewegung
vom Drehwinkelgeber 5 nicht erfassbar, so dass die der
Translation des Gummituchzylinders 2 entsprechende, zusätzliche
Drehwinkelkorrektur des Plattenzylinders 1 in diesem Fall
durch den Drehwinkelgeber des Gummizylinders 2 nicht vorgegeben
wird, wodurch ein Schlupf zwischen den Zylindern 1,2 in
unerwünschter Größenordnung
auftritt. Diese Relativverdrehung der Zylinder 2,3 verläuft entgegen
dem Reibschluss der Mantelflächen
und Schmitzringe. Ein Drehmomentensprung für den Einzelantrieb M und dadurch Schwingungen
im Druckwerk, ein Verschmieren des Druckbildes auf dem Gummituchzylinder 2 und
Verschleiß der
Oberflächen
sind die nachteiligen Folgen.
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Mit der erfindungsgemäßen Kopplung
des Drehwinkelgebergehäuses
wird das Drehwinkelgebergehäuse
nun während
des Abschwenkens entgegen der Drehrichtung des Gummituchzylinders
2 um den Korrekturwinkel αk gedreht, der dem Winkel Δα entspricht.
Wegen der zusätzlichen
Verdrehung des Drehwinkelgebergehäuses relativ zur Drehwinkelgeberwelle
um αk ändert
der Gummituchzylinder 2 scheinbar seine Winkellage zusätzlich um αk.
Die Maschinensteuerung korrigiert daraufhin die scheinbare Abweichung
der Winkellage des Plattenzylinders 1 um αk, indem
sie die bereits durch den Reibkontakt der Zylinder und Schmitzringe
initiierte Drehung des Plattenzylinders 1 um Δα auch über den Einzelantrieb M einleitet.
Somit vollzieht der Einzelantrieb M exakt die durch die translatorische
Komponente der Schwenkbewegung bewirkte Drehung Δα = αk des Plattenzylinders 1 nach.
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Die Umsetzung der Schwenkbewegung
in eine Drehbewegung des Drehwinkelgebers 5 erfolgt in
der ersten Variante (2)
dadurch, dass der am Gehäuse
des Drehwinkelgebers 5 fest angeordnete Hebel 6 auf
der gestellfesten Abstützkontur 8 beim Schwenken
des Gummituchzylinders 2 abgleitet und dabei seine Winkellage
um αk ändert.
Durch die Feder 7 ist das ständige spielfreie Anliegen des
Hebels 7 an der Abstützkontur 8 gesichert.
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Bei der zweiten Variante (3) bewirkt die exzentrisch
am Drehwinkelgebergehäuse 5 angeordnete
Schwinge 10 eine seitliche Auslenkung des Drehwinkelgebergehäuses um
den Winkel αk, sobald sich durch die Schwenkbewegung
der Abstand der Gummituchzylinderwelle zum Gelenkpunkt 11 verändert.
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Die erforderliche Drehung des Drehwinkelgebergehäuses um αk ist
dabei im Rahmen von Rechnerprogrammen, wie z.B. CAD-Programmen, aus
der Schwenkbewegung des Gummituchzylinders 2 zu ermitteln.
Die Schwenkbewegung des Gummituchzylinders 2 zwischen den
Positionen G1 und G2 wird
mit Hilfe dieser Programme in eine translatorische Bewegungskomponente
tangential zum Plattenzylinder 1 und in eine Rotationskomponente
um den Zahneingriffspunkt A1,2 des An triebszahnrades des
Gummituchzylinders 2 und des Antriebsräderzuges zerlegt. Aus der translatorischen
Komponente ist dann der erforderliche Drehwinkel Δα für den Plattenzylinder 1 so
zu ermitteln, dass der bei der Drehung um Δα zurückgelegte Weg des Plattenzylinderumfanges
genauso groß ist
wie die Verschiebung der Gummituchzylinderoberfläche bei der Schwenkbewegung des
Gummituchzylinders 2 relativ zum Plattenzylinder 1 von
der Position G1 in die Position G2. Danach erfolgt die ebenfalls rechnergestützte Festlegung
der Variante für
die Kopplung der Schwenkbewegung des Gummituchzylinders 2 mit
der Verdrehung des Drehwinkelgebergehäuses um αk und
die Ermittlung der geometrischen Verhältnisse für das/die Kopplungselemente) 6 oder 10,
die so erfolgt, dass beim Schwenken des Gummituchzylinders 2 von
der „Druck-an"-Position in die
Zwischenposition der Korrekturwinkel αk des
Drehwinkelgebergehäuses
in jeder Position der Schwenkbewegung dem erforderlichen Drehwinkel Δα des Plattenzylinders 1 entspricht.
Dabei kann die Abhängigkeit
des Korrekturwinkels αk vom Schwenkwinkel über die Lage und Form der Abstützkontur 8 (Hebellänge), die
Lage des Gelenkpunktes 11 und/oder die geometrische Ausbildung
der Koppelelemente 6,10 solange variiert werden,
bis in jeder Schwenkposition αk = Δα erfüllt ist. Da
dieser konstruktive Aufwand nur einmalig für jede Maschinenkonfiguration
erforderlich ist, ist selbst bei empirischem Vorgehen der Vorteil
durch Einsparung von Positionsgebern und regelungstechnischen Maßnahmen
gegeben.
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Die Verdrehung des Drehwinkelgebergehäuses relativ
zur Drehwinkelgeberwelle um αk wird von der Maschinensteuerung als zusätzliche
Drehung des Gummituchzylinders um αk interpretiert
und eine entsprechende Winkellagekorrektur um einen gleich großen Winkel Δα des Plattenzylinders 1 über den Einzelantrieb
M veranlasst.
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- 1
- Plattenzylinder
- 2
- Gummituchzylinder
- 3
- Druckzylinder
- 4
- Exzenterlager
- 5
- Drehwinkelgeber
- 6
- Hebel,
Kopplungselement
- 7
- Zugfeder
- 8
- gestellfeste
Abstützkontur,
Kopplungspunkt
- 9
- Platte
- 9.1
- Platte
für Hebel 6
- 9.2
- Platte
für Schwinge 10
- 10
- Schwinge,
Kopplungselement
- 11
- gestellfester
Gelenkpunkt, Kopplungspunkt
- Δα
- notwendiger
Drehwinkel des Plattenzylinders aufgrund der Translation des Gummi
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- tuchzylinders
von G1 nach G2
- α1
- Winkel
zwischen der Senkrechten durch den Plattenzylindermittelpunkt und
der
-
- Verbindungsgeraden
zwischen den Mittelpunkten von Platten- und Gummituchzylin
-
- der
in „Druck-an"-Position
- α2
- Winkel
zwischen der Senkrechten durch den Plattenzylindermittelpunkt und
der
-
- Verbindungsgeraden
zwischen den Mittelpunkten von Platten- und Gummituchzylin
-
- der
in Zwischenposition
- αk
- Korrekturwinkel
des Drehwinkelgebergehäuses
- γ1
- Winkel
zwischen der Senkrechten durch den Gummituchzylindermittelpunkt
und der
-
- Verbindungsgeraden
durch den Mittelpunkt des Gummituchzylinders und den Zahn
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- eingriffspunkt
A1,2 in „Druck-an"-Position
- γ2
- Winkel
zwischen der Senkrechten durch den Gummituchzylindermittelpunkt
und der
-
- Verbindungsgeraden
durch den Mittelpunkt des Gummituchzylinders und den Zahn
-
- eingriffspunkt
A1,2 in Zwischenposition
- A1,2
- Zahneingriffspunkt
der Antriebsräder
von Gummituchzylinder und Druckzylinder
- B1
- Kontaktstelle
der Schmitzringe von Platten- und Gummituchzylinder in „Druck-an"-
-
- Position
- B2
- Kontaktstelle
der Schmitzringe von Platten- und Gummituchzylinder in
-
- Zwischenposition
- G1
- Mittelpunkt
des Gummituchzylinders in „Druck-an"-Position
- G2
- Mittelpunkt
des Gummituchzylinders in Zwischenposition
- M
- Einzelantrieb
des Plattenzylinders