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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Übertragung
elektrischer Energie oder zur Übertragung
von Signalen in einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine mit
wenigstens einem von einem Elektromotor, bestehend aus Rotor und
Stator, angetriebenen drehbeweglichen Bauteil, wobei das drehbewegliche
Bauteil mit dem Rotor des Elektromotors verbunden ist und elektrische
Bauteile aufweist.
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Bedruckstoffe verarbeitende Maschinen,
zu denen neben Druckmaschinen unter anderem auch Falzmaschinen zählen, arbeiten
zumeist nach dem Rotationsprinzip. Bei den Druckmaschinen werden die
Bedruckstoffe mittels rotierender Transportzylinder durch einzelne
Druckwerke transportiert, welche wiederum rotierende Gegendruck-,
Gummituch- und Druckzylinder
aufweisen, mittels denen die Bedruckstoffe bedruckt werden. Die
Vielzahl rotierender Zylinder ist dabei entweder über einen
mechanischen Räderzug,
meist aus Zahnrädern
gebildet, miteinander verbunden und von einem gemeinsamen Antriebsmotor
angetrieben. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, einzelne Zylinder oder Zylindergruppen mit eigenen
Antriebsmotoren zu versehen und diese so separat anzutreiben. Es
ist außerdem
möglich, das
Konzept der separaten Antriebsmotoren mit dem Konzept des mechanischen
Räderzugs
miteinander zu kombinieren, um die Vorteile beider Bauweisen miteinander
zu verbinden. Bei bogenförmigen
Bedruckstoffen müssen
die Transportzylinder und Gegendruckzylinder Greifer aufweisen,
mit denen die bogenförmigen
Bedruckstoffe festgehalten und dem in Bogenlaufrichtung nachfolgenden
Zylinder übergeben
werden. Der Antrieb der Greifer auf den Zylindern erfolgt dabei
meist mechanisch. Bei einer elektrischen Betätigung von Verstellaggregaten
auf dem Zylinder ist es aus Sicherheitsgründen wichtig, dass die Steuerung
der Druckmaschine eine Rückmeldung über das
Bewegen der Verstellaggregate auf dem Zylinder erhält. Dazu
sind an dem Zylinder verschiedene Sensoren angebracht sein, welche
die entsprechenden Signale an die Steuerung der Druckmaschine liefern
können.
Bei den Sensoren handelt es sich dabei meist um elektrotechnische
Bauteile, so dass eine elektrische Verbindung zwischen den Sensoren
auf dem Zylinder und der Steuerung der Druckmaschine außerhalb
des Zylinders geschaffen werden muss. Des weiteren müssen eventuell
vorhandene elektrische Stellmotoren am Zylinder mit Strom versorgt
werden. Es muss daher eine Möglichkeit
geschaffen werden, elektrische Energie und Signale vom rotierenden
Zylinder an feststehende elektrische Bauteile außerhalb des Zylinders und umgekehrt
zu übertragen.
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Eine Vorrichtung zur Signalübertragung
innerhalb einer Druckmaschine zur Übertragung von Spannungen und
Signalen zwischen stationären
und drehbaren Teilen einer Druckmachine ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 296 19 491 U1 bekannt.
Auf einem Zylinder einer Druckmaschine sind mehrere Sensoren zur
Erfassung von Messwerten angebracht, welche in der Lage sind, ihre
Messwerte an Steuerungen außerhalb
des Zylinders zu übertragen.
Der Zylinder ist an seinen beiden Enden im Gestell der Druckmaschine
gelagert, wobei das eine Ende des Zylinders ein Drehübertragungselement aufweist.
Dieses Drehübertragungselement
beinhaltet eine elektrisch leitende Flüssigkeit, welche eine elektrisch
leitende, flüssige
Verbindung zwischen dem rotierenden Zylinder und der stationären Steuerung
außerhalb
des Zylinders herstellt. Auf diese Art und Weise wird eine galvanische
Kopplung zwischen der stationären
Steuerung und den elektrischen Sensoren auf dem Zylinder hergestellt.
Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, elektrische Energie
und elektrische Signale in das Innere und aus dem Inneren des rotierenden
Zylinders zu übertragen.
Der Nachteil einer solchen Vorrichtung besteht jedoch darin, dass
an dem durch das Flüssigkeitsübertragungselement
belegten Wellenende kein Drehmoment auf den Zylinder übertragen
werden kann. Zur Übertragung
von Drehmoment und damit zum Antrieb des Zylinders muss daher an
dem dem Drehübertragungselement
entgegenliegenden Ende des Zylinders ein Antriebsmotor oder ein
Räderzug
angebracht werden. Außerdem
weist das Flüssigkeitsübertragungselementumweltschädliche Substanzen wie
Quecksilber auf und zeichnet sich nicht eben durch Robustheit aus,
da die Dichtungen, welche die Flüssigkeit
im Innern des Übertragungselements
halten sollen, mit der Zeit durchlässig werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden. Die vorliegende Aufgabe
wird erfindungsgemäß durch
die Merkmale gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der Zeichnung.
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Die Vorrichtung gemäß Patentanspruch
1 bietet den großen
Vorteil, dass die Einheit zur Übertragung
elektrischer Energie oder zur Übertragung von
Signalen von einem rotierenden Bauteil zu einem stationären Bauteil
einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine sowie die für die Rotationsbewegung notwendige
Antriebseinheit in einer gemeinsamen Vorrichtung realisiert werden
können.
Das drehbewegliche Bauteil wird dazu von einem Elektromotor angetrieben,
welcher gleichzeitig Strom und Signale auf das drehbewegliche Bauteil übertragen
kann. Antrieb und Übertragungselement
befinden sich somit am selben Ende des drehbeweglichen Bauteils,
so dass das andere Ende des drehbeweglichen Bauteils frei bleibt
oder für
andere Zwecke genutzt werden kann. Bei Bogenrotationsdruckmaschinen
mit mehreren Druckwerken wird allgemein zwischen der Bedienerseite
und der Antriebsseite unterschieden. Dies bedeutet, dass sich die
Elektromotoren zum Antrieb der rotierenden Zylinder auf einer Seite
der Maschine befinden. Mittels der Erfindung ist es nun möglich, auch
die Stromversorgung und die Signalübertragung für rotierende
Zylinder auf derselben Seite zu konzentrieren, auf der sich auch
die Antriebsmotoren befinden. Dies verkürzt die Wege zur Verkabelung zwischen
den einzelnen Komponenten und vereinfacht somit auch die Konstruktion
der gesamten Maschine.
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In einer ersten Ausgestaltung der
Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zur Übertragung elektrischer Energie
oder zur Übertragung
von Signalen und der Elektromotor zum Antrieb des drehbeweglichen
Bauteils in einen gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die Unterbringung
von Motor und Übertragungselement
in einem gemeinsamen Gehäuse gewährleistet
einen guten Schutz vor Umwelteinflüssen und verbessert zudem die
elektromagnetische Verträglichkeit
gegenüber
anderen elektrischen Komponenten einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine.
Zweckmäßiger Weise
wird das Übertragungselement
in das Gehäuse
herkömmlicher
Antriebsmotoren integriert, so dass kein zusätzliches Gehäuse erforderlich
ist.
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Des weiteren ist vorgesehen, dass
zur Übertragung
elektrischer Energie oder zur Übertragung von
Signalen an Rotor und Stator in Wechselwirkung miteinander stehende induktive
Bauteile vorgesehen sind. Induktive Drehübertragungselemente, welche eine
Signal- und Energieübertragung
zwischen am Rotor und Stator befindlichen elektrischen Bauteilen möglich machen,
arbeiten weitestgehend verschleißfrei ganz im Gegensatz zu
Schleifringübertragungselementen
und bieten somit den großen
Vorteil von Wartungsarmut und hoher Lebensdauer verbunden mit großer Zuverlässigkeit.
Induktive Drehübertragungselemente
reichen außerdem
zur Übertragung von
niederfrequenten Signalen aus, so dass für die Signalübertragung
in diesem Frequenzbereich keine zusätzlichen Mittel vorzusehen
sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Übertragung
von Signalen an Rotor und Stator in Wechselwirkung miteinander stehende
optische Mittel vorhanden sind. Optische Sender und Empfänger eignen
sich besonders gut zur Übertragung
hochfrequenter Signale, so dass hiermit auch hochfrequente Messsignale
oder Steuerungssignale übertragen werden
können.
Auch mittels optischer Empfänger und
Sender ist eine verschleißfreie Übertragung
wie bei induktiven Drehübertragungselementen
gesichert. Optische Sender in Form von modulierten Laserdioden und
optische Empfänger
in Form von Fotodioden sind aus der optischen Nachrichtentechnik bekannt.
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Eine nächste Ausgestaltung der Erfindung zeichnet
sich dadurch aus, dass der Stator des Elektromotors neben einer
oder mehrerer Wicklungen zusätzlich
Generatormagneten aufweist und dass der Rotor zusätzlich ein
oder mehrere Generatorwicklungen zur Erzeugung von Strom für die elektrischen Bauteile
des drehbeweglichen Bauteils aufweist. Die Generatormagneten können auch
durch elektrische Wicklungen ersetzt werden, wenn z.B. ein Asynchrongenerator
bzw. Asynchronmotor verwendet wird Diese Ausgestaltung der Erfindung
dient dazu, elektrische Energie für die elektrischen Bauteile
des drehbeweglichen Bauteils bereit zu stellen, wobei hier eigentlich
keine elektrische Energie übertragen wird,
sondern auf dem drehbeweglichen Bauteil erzeugt wird. In diesem
Fall ist der Antriebsmotor so aufgebaut, dass er nicht nur als Motor
arbeitet sondern auch als Generator, wobei die Generatorkomponente
gegenüber
der Antriebskomponente mit vertauschtem Rotor und Stator arbeitet.
Die Generatorwicklung befindet sich dabei auf dem Rotor, so dass der
in der Generatorwicklung erzeugte Strom auf das mit dem Rotor verbundene
drehbewegliche Bauteil übertragen
werden kann. Eine solche Lösung
macht dann Sinn, wenn beim Stillstand des drehbeweglichen Bauteils
dessen elektrische Bauteile keinen Energiebedarf haben.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand
einer Figur näher
beschrieben und erläutert:
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1:
zeigt einen elektrischen Antriebsmotor mit mehreren integrierten Übertragungselementen
zum Antrieb eines Zylinders in einer Druckmaschine.
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Der in 1 gezeigte
Ausschnitt aus einer Druckmaschine 20 stellt eine Ausführungsform
der Erfindung mit mehreren Übertragungselementen
zur Übertragung
oder Erzeugung elektrischer Energie und zur Übertragung von Signalen dar,
wobei es selbstverständlich
möglich
ist, sich auf ein einziges Übertragungselement
zu beschränken.
Der Elektromotor 19 und die Übertragungselemente sind in
einem gemeinsamen Gehäuse 21 untergebracht,
bilden so eine Geräteeinheit
und sind vor Umwelteinflüssen
optimal geschützt,
wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass EMV-Vorschriften eingehalten
werden. Aus diesem Grund ist das Gehäuse 21 vorzugsweise
aus Stahlblech oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material
hergestellt. Der Stator des Elektromotors 19 weist dabei
eine Wicklung 13 auf, welche mit der Steuerung des Motors
verbunden ist, während
der Rotor des Motors mit Magneten 14 bestückt ist.
Neben Permanentmagneten sind dabei selbstverständlich auch weitere Wicklungen
z.B. für Asynchronmaschinen
verwendbar, so wie überhaupt der
in 1 abgebildete Motor
nur eine Ausführungsform
eines Elektromotors darstellt, da auch alle anderen denkbaren Elektromotoren
grundsätzlich verwendet
werden können.
Gemäß 1 wird ein Innenpolmotor
verwendet, welcher eher bei Synchronmotoren oder Gleichstrommotoren
vorkommt. Der Rotor des Elektromotors 19 treibt in 1 eine Welle 1 an,
welche mit einem Druckmaschinenzylinder 4 verbunden ist.
Dadurch wird das Drehmoment des Elektromotors 19 über die
Welle 1 auf den Druckmaschinenzylinder 4 übertragen
und versetzt diesen in rotierende Bewegung. Wenn die Welle 1 in
einer abgewandelten Ausführungsform
als Hohlwelle ausgeführt
ist, kann durch die Welle 1 z.B. Kühlmittel in den Zylinder 4 gepumpt
werden, falls dies erforderlich sein sollte.
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Der Druckmaschinenzylinder 4 ist
in den Seitenwänden 10 der
Druckmaschine 20 gelagert, wobei die Seitenwände 10 mit
zusätzlichen
Drehmomentstützen
versehen sind. Auf dem Druckmaschinenzylinder 4 befindet
sich ein Stellantrieb 12 mit Rückmeldung, welcher z. B. in
der Lage ist, Greiferbrücken
zu verstellen. Dieser elektrische Stellantrieb 12 wird
von einer hier ebenfalls auf dem Druckmaschinenzylinder 4 vorhandenen
Ansteuerelektronik 11 angesteuert, wobei sich die Ansteuerelektronik 11 grundsätzlich auch
im stationären
Teil der Vorrichtung befinden könnte.
Die Ansteuerelektronik 11 besteht zu diesem Zweck aus Halbleiterbauelementen
der Leistungselektronik. Der Strom für den Stellantrieb 12 wird
dabei in einer oder mehrerer Generatorwicklungen 15 erzeugt,
welche sich in der Luftspaltebene des Elektromotors 19 befinden
und die mit Generatormagneten 16 des Stators in Wechselwirkung
stehen. Der so auf dem Rotor in der Generatorwicklung 15 erzeugte Strom
wird mittels eines auf dem Rotor angebrachten mitrotierenden Gleichrichters 17 in
Gleichspannung umgewandelt und dient mittels Signal- und Energiekabeln 23 transportiert
zur Stromversorgung der Ansteuerelektronik 11.
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Um von einer hier nicht gezeigten
Steuerung der Druckmaschine 20 Steuerbefehle zur Ansteuerelektronik 11 hin übertragen
zu können
und die Rückmeldung
des Stellantriebs 12 an die hier nicht gezeigten Steuerung
der Druckmaschine 20 zurück übertragen zu können, weist
die Welle 1 ein induktives oder optisches Übertragungselement
bestehend aus zwei kombinierten Sender- und Empfängerringen 2, 3 auf. Der
erste Sender- und Empfängerring 2 ist
dabei stationär,
während
der zweite Sender- und Empfängerring 3 mit
der Welle 1 unmittelbar verbunden ist. Des weiteren ist
auf der stationären
und auf der rotierenden Seite des Übertragungselements jeweils
ein Datensender und -empfänger 5, 6 vorhanden,
welcher die empfangenen Daten decodiert und die zu sendeten Daten
codiert. Dies ist erforderlich, da bei optischer Übertragung
oder Übertragung
mittels elektromagnetischer Wellen eine Umwandlung in ein übertragungsfähiges Format
mit entsprechender Fehlerkorrektur notwendig ist. Der stationäre Datensender und
-empfänger 5 codiert
dabei die Befehle, welche von der hier nicht gezeigten Steuerung
der Druckmaschine kommen und decodiert die Daten, welche als Rückmeldung
vom Stellantrieb 12 auf den Druckmaschinenzylinder 4 herkommen.
Umgekehrt decodiert der Datensender und -empfänger 6, welcher mit
der Welle 1 mitrotiert, die Befehle, welche ihm von dem anderen
Datensender und -empfänger 5 übertragen werden
und codiert die Rückmeldungen
des Stellantriebs 12. Für
das Übertragungselement
wird die baulich feste Zuordnung von Rotor und Stator mittels der Lagerung 9 und
der Befestigung des Rotors mittels Schraube 22 an der Welle 1 ausgenutzt,
da so ein gleichbleibender Luftspalt zwischen den beiden Sender- und Empfängerringen 2, 3 vorhanden
ist. Das gleiche trifft auf einen Motorgeber bestehend aus einer
Abtasteinheit 8 und einer Codierscheibe 7 zu.
Für ein
gutes Funktionieren der Datenübertragung
ist ein konstanter Luftspalt erforderlich, da ansonsten zusätzlich Maßnahmen
ergriffen werden müssten,
um Übertragungsfehler
durch Schwankungen des Luftspalts auszuschließen. Über die Signal- und Energiekabel 23 werden
Steuerbefehle und andere Daten von dem Sender und Empfänger 6 kommend
zu der Ansteuerelektronik hin übertragen,
welches auch in umgekehrter Richtung möglich ist.
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Innerhalb des Gehäuses 21 befindet sich
außerdem
noch ein Drehwinkelsensor, welcher präzise den Drehwinkel des Druckmaschinenzylinders 4 erfasst.
Der Drehwinkelsensor besteht aus einer auf der Welle 1 mitlaufenden
Codierscheibe 7 und einer Abtasteinheit 8 im stationären Bereich.
Durch die Abtastung der Codierscheibe 7 kann so der Drehwinkel des
Druckmaschinenzylinders 4 erfasst und an die hier nicht
gezeigte Steuerung der Druckmaschine 20 weitergeleitet
werden.
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Die Einheit bestehend aus Elektromotor 19, Übertragungselement
und Generator ist zwischen eben dieser Einheit und dem Druckmaschinenzylinder 4 in
der Seitenwand 10 der Druckmaschine 20 in einem
Lager 9 fliegend gelagert. Der Rotor ist dabei auf der
Welle 1 mittels einer Schraube 22 befestigt und
so über
das Lager 9 radial zentriert und axial fixiert. Auf diese
Art und Weise ist gewährleistet,
dass die Rotationsachse sowohl in radialer als auch in axialer Richtung
mit ausreichender Genauigkeit geführt ist und unempfindlich gegen
Ausgleichsbewegungen des Druckmaschinenzylinders 4 ist.
Mittels Verdrehsicherungen 18 ist sichergestellt, dass
auftretende Reaktionsmomente des Elektromotors 19 abgefangen
werden.
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- 1
- Welle
- 2
- Sender/Empfänger als
Ring
- 3
- Sender/Empfänger als
Ring
- 4
- Druckmaschinenzylinder
- 5
- Datensender/Empfänger stehend
- 6
- Datensender/Empfänger rotierend
- 7
- Codierscheibe
- 8
- Drehwinkel-Auswerteeinheit
mit Abtasteinheit
- 9
- Lager
- 10
- Seitenwand
mit Drehmomentstütze
- 11
- Ansteuerelektronik
für Stellantrieb
- 12
- Stellantrieb
mit Rückmeldung
- 13
- Wicklung
- 14
- Magnet
- 15
- Generatorwicklung
- 16
- Generatormagnet
- 17
- Rotierender
Gleichrichter
- 18
- Verdrehsicherung
- 19
- Elektromotor
- 20
- Druckmaschine
- 21
- Gehäuse
- 22
- Schraube
- 23
- Strom-
und Signalkabel