DE19619142A1

DE19619142A1 - Mechanismus zum Ausschluß kritischer Geschwindigkeiten aus den Geschwindigkeitsbereichen des normalen Maschinenbetriebs

Info

Publication number: DE19619142A1
Application number: DE19619142A
Authority: DE
Inventors: Douglas J Dawley
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1996-05-11
Publication date: 1997-03-06
Also published as: JPH0911436A; GB9612482D0; US5752443A; GB2302311A; GB2302311B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Ausschluß kritischer Geschwindigkeiten aus den Geschwindigkeitsbereichen des normalen Maschinenbetriebs, besonders aus den Betriebsgeschwindigkeitsbereichen von Rotationsdruckmaschinen.

US-Patent Nr. 2,724,298 offenbart eine Kupplungseinrichtung, worin Stirnräder in Eingriff gehalten werden. Wenn das Drehmoment unter einen vorbestimmten Wert verringert hat, wird die Einrichtung betätigt, um den Eingriff der damit verbundenen Stirnräder aufrechtzuerhalten.

US-Patent Nr. 3,606,800 zeigt einen Druckmaschinenantrieb. Dieser Antrieb umfaßt ein mit einer Stromquelle verbundenes Schneckengetriebe, das Antriebskraft auf ein weiteres, in dieses eingreifendes Getriebe überträgt. Der Antrieb umfaßt ferner eine an einem Ende einer Zylinderwelle angebrachte Kupplung. Diese Kupplung beschränkt das auf den Druckwerkzylinder übertragene Drehmoment, um zu verhindern, daß die Druckmaschine durch übermäßiges Drehmoment, das sich bei einem Papierstau entwickelt, beschädigt wird. Die darin beschriebene Kupplung wird vorzugsweise in einer Bogendruckmaschine für Schön- und Widerdruck verwendet.

Des weiteren offenbart US-Patent Nr. 3,703,863 eine Auskupplungseinrichtung für Druckmaschinen mit mehreren Druckwerken.

US-Patent Nr. 3,742,849 zeigt eine Kupplungseinrichtung in einer Offsetdruckmaschine für Schön- und Widerdruck. Es wird eine Bahn auf beiden Seiten gleichzeitig bedruckt, indem die Bahn zwischen einem Paar Gummituchzylindern hindurchläuft.

Die Gummituchzylinder werden durch Antriebe zusammengekoppelt, so daß diese im Betrieb mit genau der gleichen Umfangsgeschwindigkeit rotieren. Um während des Maschinenbetriebs individuelle Phasenumschaltung zu ermöglichen, wird eine Kupplung zwischen den Antrieben der Gummituchzylinder angebracht.

US-Patent Nr. 4,753,168 zeigt eine Rollendruckmaschine mit einer Zylinderkupplungseinrichtung. Ein oberes Gummituchzylinder/Plattenzylinderpaar und ein unteres Gummituchzylinder/Plattenzylinderpaar werden durch zwei Kupplungen wahlweise mit einem Umlaufhauptantrieb verbunden. Eine dritte Kupplung ist mit der Welle des oberen Gummituchzylinders verbunden. Mittels dieser Kupplungseinrichtung können während des Druckbetriebs doppelter einseitiger Druck, Vorder- und Rückseitendruck, oder ein Druckplattenwechsel durchgeführt werden.

Die oben erwähnten Kupplungseinrichtungen sind für die im folgenden beschriebenen technischen Probleme keine befriedigende Lösung, weil sie kritische Geschwindigkeiten, die außerhalb des Bereichs normaler Betriebsgeschwindigkeiten des Maschinensystems liegen, nicht ausschließen. Eine kritische Geschwindigkeit ist eine Geschwindigkeit, bei der die Eigenfrequenz einer Maschine angeregt ist. Ligenfrequenzen werden wiederum durch die Vielfalt und Anordnung der Federungen und Massenkräfte des Maschinensystems bestimmt. Deshalb sind Verfahren, wie Kuppeln, Phasenumschaltung oder Drehmomentbegrenzung bei kritischen Geschwindigkeiten nicht wirksam, weil sie keinen Einfluß auf die Federungen oder Massenkräfte des Maschinensystems haben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Mechanismus zum Ausschluß kritischer Geschwindigkeiten aus den Geschwindigkeitsbereichen des normalen Betriebs einer verarbeitenden Maschine mindestens eine Antriebseinheit zum Antrieb mindestens einer Maschineneinheit; diese Maschineneinheit weist eine vorbestimmte Torsionssteifigkeit auf, und ein einziges Leistungsübertragungssystem verbindet die Antriebseinheit mit der Maschineneinheit und umfaßt eine steifigkeitsveränderbare Kupplung, um kritische Geschwindigkeiten, d. h. diejenigen Geschwindigkeiten aus den operativen Geschwindigkeitsbereichen einer Gruppe von Maschinen auszuschließen, bei denen die Eigenfrequenzen mit den Frequenzen der Torsionsschwingungsanregung übereinstimmen.

Die steifigkeitsveränderbare Kupplung des einzigen Leistungsübertragungssystems umfaßt ein veränderbares Element, das veränderbar angebracht oder auswechselbar ist. Die steifigkeitsveränderbare Kupplung umfaßt außer dem veränderbaren Element auch antreibende Elemente und getriebene Elemente.

Das Leistungsübertragungssystem kann ferner koaxial angeordnete Längswellen oder Antriebe, Bänder oder Ketten umfassen, welche Antriebskraft auf verschiedene Maschinenbauteile übertragen. Die steifigkeitsveränderbare Kupplung liegt auf dem Hauptdrehmomentpfad, und die Steifigkeit der genannten Kupplung kann verändert werden, um dem Drehmomentpfad mehr oder weniger Steifigkeit zu verleihen. Wie einem Fachmann geläufig ist, fließt die Antriebskraft für eine Druckmaschine (oder andere verarbeitende Maschine) normalerweise entlang einem Hauptdrehmomentpfad, und wenn ein Bauelement aus diesem Hauptdrehmomentpfad entfernt wird, dann werden sich die nachfolgenden Bauelemente innerhalb dieses Hauptdrehmomentpfades nicht mehr drehen.

Jedes Bauelement auf dem Hauptdrehmomentpfad kann als ein federnder Körper dargestellt sein, der eine Massenträgheit in Umfangsrichtung und eine Torsionssteifigkeit aufweist. Da die steifigkeitsveränderbaren Kupplungen nachgiebiger (d. h. weniger steif) gestaltet sind als die anderen, als federnde Elemente dargestellten Bauelemente auf dem Drehmomentpfad, werden diese bei der Bestimmung kritischer Geschwindigkeiten Im Maschinensystem vorherrschend sein. Dies ist so, weil die Gesamtsteifigkeit eines Drehmomentpfades durch Addieren der Steifigkeitswerte aller als federnde Körper dargestellten Bauelemente der Reihe nach (1/K_tot = 1/K₁ + 1/K₁ + . . . = . . . ) bestimmt wird und die kritischen Geschwindigkeiten im direkten Zusammenhang mit der Steifigkeit des Hauptdrehmomentpfades stehen. Somit werden durch Erhöhung oder Minderung der Steifigkeit der steifigkeitsveränderbaren Kupplungen die kritischen Geschwindigkeiten erhöht oder herabgesetzt und fallen in Geschwindigkeitsbereiche, die außerhalb der normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereiche der Maschine liegen.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt die steifigkeitsveränderbare Kupplung zwei elastische Kupplungsteile. In diesem Ausführungsbeispiel verbindet eine Drehmomentübertragungshülse (das veränderbare Element der Kupplung) eine antreibende Welle mit einer getriebenen Welle, und die Steifigkeit des veränderbaren Elements kann entweder durch Änderung des axialen Abstandes zwischen der antreibenden Welle und der getriebenen Welle, durch Ersetzen der Drehmomentübertragungshülse mit einer eine andere Wanddicke aufweisenden Drehmomentübertragungshülse, oder durch Ersetzen der Drehmomentübertragungshülse mit einer aus einem Material mit anderem Steifigkeitsgrad bestehenden Drehmomentübertragungshülse verändert werden.

Auf diese Weise kann die Steifigkeit der steifigkeitsveränderbaren Kupplung verändert werden, um kritische Geschwindigkeiten aus dem Bereich der normalen Betriebsgeschwindigkeiten der Druckmaschine auszuschließen.

Folglich braucht durch Veränderung der steifigkeitsveränderbaren Kupplung nur ein einziges Leistungsübertragungssystem für eine ganze Gruppe von Druckwerken verwendet werden.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt die steifigkeitsveränderbare Kupplung ein antreibendes Element mit einem länglichen Vorsprung, ein getriebenes Element und auswechselbare Federungselemente (das veränderbare Element). Der von dem antreibenden Element sich erstreckende längliche Vorsprung ist in einer entsprechenden Aussparung in dem getriebenen Element gelagert. Die auswechselbaren Federungselemente sind Innerhalb der Ausnehmung und nahe an dem länglichen Vorsprung des antreibenden Elements angebracht. Das auswechselbare Federungselement kann mittels einer Schraube oder eines anderen Befestigungsmittels in der Ausnehmung angebracht sein. Die auswechselbaren Federungselemente können leicht ausgetauscht werden, um die Steifigkeit der steifigkeitsveränderbaren Kupplung zu verändern und die kritischen Maschinengeschwindigkeiten aus dem Bereich der normalen Betriebsgeschwindigkeiten der Druckmaschine auszuschließen. Die Steifigkeit der auswechselbaren Federungselemente kann durch die Wahl des Materials mit mehr oder weniger Steifigkeit (Dehnsteife) bestimmt werden. Ferner kann die geometrische Struktur der auswechselbaren Federungselemente die Steifigkeit beeinflussen. Es kann z. B. eine Struktur, deren Dicke erhöht wurde, verwendet werden, um die Steifigkeit zu erhöhen.

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt die steifigkeitsveränderbare Kupplung ein antreibendes Element mit einem länglichen Vorsprung, ein getriebenes Element, und ein Stützkörper (das veränderbare Element). Der sich von einer antreibenden Welle erstreckende längliche Vorsprung ist in einer entsprechenden ersten Aussparung in der getriebenen Welle gelagert. Eine Seitenwand trennt die erste Aussparung von einer zweiten Aussparung in der getriebenen Welle. In der zweiten Aussparung der getriebenen Welle ist ein Stützkörper auswechselbar angebracht. Durch Veränderung der Form, Beschaffenheit oder Orientierung eines Stützkörpers wird die Steifigkeit der steifigkeitsveränderbaren Kupplung verändert. Somit werden die kritischen Geschwindigkeiten nur durch Veränderung der Steifigkeit der steifigkeitsveränderbaren Kupplung erhöht oder vermindert, um sie aus dem Bereich der normalen Betriebsgeschwindigkeiten der Druckmaschine auszuschließen.

Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beigefügten, nachstehend erklärten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Druckmaschine gemäß vorliegender Erfindung mit einem einzigen Leistungsübertragungssystem;

Fig. 2 ein mathematisches Modell einer Druckmaschine mit vier Einheiten;

Fig. 3 ein mathematisches Modell einer Druckmaschine mit sechs Einheiten;

Fig. 4 eine steifigkeitsveränderbare Kupplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche zwei elastische Kupplungsteile umfaßt;

Fig. 5a und 5b eine steifigkeitsveränderbare Kupplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem auswechselbaren Federungselement;

Fig. 6a und 6b eine steifigkeitsveränderbare Kupplung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem auswechselbaren Stützkörper;

Fig. 7a bis 7d eine steifigkeitsveränderbare Kupplung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem rotierbar gelagerten Federungsmechanismus.

Fig. 8a bis 8c eine steifigkeitsveränderbare Kupplung gemäß den Fig. 4 bis 7, die mit einem Bauteil der Druckmaschine verbunden ist.

Es können Druckmaschinen konstruiert werden, in denen keine kritischen Geschwindigkeiten, bei denen die Eigenfrequenzen mit den Frequenzen der Torsionsschwingungsanregungen übereinstimmen, in dem oder nahe an dem normalen Geschwindigkeitsbereich von Einheit zu Einheit auftreten. Kritische Geschwindigkeiten können z. B. entweder durch Minimierung der Anzahl der Umlauffrequenzen bei der Leistungsübertragung in dem Maschinensystem oder durch Maximierung der Steifigkeiten des Maschinensystems und Minimierung der Massenkräfte ausgeschlossen werden. Durch Maximierung der Steifigkeiten des Druckmaschinensystems werden die Torsionseigenfrequenzen des Maschinensystems so weit wie möglich erhöht. Die Steifigkeit eines Druckmaschinensystems kann durch Verkürzen von Federungen, durch Erhöhung der abschnittlichen Massenkräfte oder durch das Auswählen von Materialien mit höherer Dehnsteife erhöht werden.

Wenn die Umlauffrequenz eines Hauptantriebs mit der Torsionseigenfrequenz des Druckmaschinensystems übereinstimmt, kann eine Resonanzschwingung angeregt werden. Torsionsbewegungen von hoher Amplitude innerhalb der Druckmaschine verursachen Maschinenprobleme sowie Druckprobleme, z. B. den Dubliereffekt auf einem Druck. Der Dubliereffekt kann auftreten, wenn ein Druckwerk relativ zu einem anderen Druckwerk einer Druckmaschine schwingt, oder wenn ein Plattenzylinder relativ zu einem zugeordneten Gummituchzylinder schwingt. In beiden Fällen landet der gedruckte Bildpunkt nicht genau auf dem durch das vorhergehende Druckwerk gedruckten Bildpunkt. Dies ergibt ein sichtbar latentes Bild oder den Dubliereffekt.

Obschon Druckmaschinensysteme mit Antrieben konstruiert werden können, die keine kritischen Geschwindigkeiten im normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereich der Maschine entwickeln, können diese Antriebe jedoch im allgemeinen nicht an unähnlichen Maschinen verwendet werden, ohne kritische Geschwindigkeiten im Betriebsgeschwindigkeitsbereich hervorzurufen, da die Eigenfrequenzen einer Maschine von der Geometrie eines Druckwerks und der Anzahl der Druckwerke stark beeinflußt werden. Mit anderen Worten, für einen gegebenen Einheit-zu-Einheit Antrieb hat eine Druckmaschine mit zwei Druckwerken für stehende Seiten andere Torsionseigenfrequenzen von Einheit zu Einheit als eine Druckmaschine mit vier oder sechs Druckwerken; und diese Torsionseigenfrequenzen sind allesamt sehr verschieden von denen einer Druckmaschine für liegende Seiten. Folglich wurden individuelle Antriebe für jeden Maschinentyp konstruiert, und es wurde nicht versucht, diese für die Anzahl der Einheiten in einer gegebenen Maschine zu optimieren.

Eine Druckmaschine ist üblicherweise mit vier oder acht Druckwerken ausgerüstet. Würde ein Antrieb konstruiert werden, der genügend Steifigkeit besitzt, um kritische Geschwindigkeiten aus dem normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereich der größeren acht-Druckwerk-Maschine auszuschließen, so könnte dieser dennoch kritische Geschwindigkeiten innerhalb des normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereichs der vier-Druckwerk-Maschine entwickeln.

Zum Beispiel kann ein 4 : 1 Hochleistungsschneckengetriebe für den Antrieb einer acht-Druckwerk-Maschine mit einem normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereich von 11 ms bis 3000 × 0,38 m/60 s = 16 ms konstruiert sein. In solch einem System würden die ersten Schwingungen bei ≈ 5 m/s durch die Schnecke und bei 20 ms durch das Schneckengetriebe entstehen; somit ist gewährleistet, daß die kritischen Geschwindigkeiten außerhalb des normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereichs der Druckmaschine bleiben.

Wenn jedoch der gleiche Antrieb für eine vier-Druckwerk- Maschine verwendet werden würde, so würde die verminderte Massenträgheit dieser vier-Druckwerk-Maschine die beiden kritischen Geschwindigkeiten jeweils auf 13,3 ms und 53,3 ms erhöhen. Folglich würde die von der Schnecke resultierende kritische Geschwindigkeit direkt in den normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereich des Maschinensystems fallen, was das 4 : 1 Schneckengetriebe inakzeptabel macht.

Es ist zu bedenken, daß die Entwicklungs- und Herstellungskosten für eine große Anzahl unterschiedlicher Antriebsmodelle hoch sind. Außerdem ist beim Betrieb einer gegebenen Maschine das Risiko der Torsions-Resonanzfrequenzen nicht unbedingt beseitigt worden. Sollte eine Maschine einen auf eine kritische Geschwindigkeit innerhalb des Betriebsgeschwindigkeitsbereichs zurückzuführenden Druckdefekt, wie z. B. den Dubliereffekt produzieren, so müßte eine kostspielige Neukonstruktion und Nachrüstung durchgeführt werden.

Diese Nachteile sind durch die vorliegende Erfindung überwunden worden.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Druckmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem einzigen Leistungsübertragungssystem. Es wird eine Druckmaschine 1 mit einem ersten Druckwerk 2, einem zweiten Druckwerk 3 und einem dritten Druckwerk 4 durch einen Hauptantrieb 12 angetrieben. Jedem der ersten, zweiten und dritten Druckwerke 2, 3 und 4 ist ein jeweiliger druckwerkeigener erster, zweiter und dritter Antrieb 7, 8 und 9 zugeordnet. Diese druckwerkeigenen Antriebe 7, 8 und 9 haben alle eine druckwerkeigene Massenträgheit 39 eines spezifischen, bekannten Wertes. Die druckwerkeigenen Antriebe 7, 8 und 9 sind durch ein einziges Leistungsübertragungssystem 11, das z. B. eine Längswellenanordnung sein kann, miteinander verbunden. Das einzige Leistungsübertragungssystem 11 umfaßt ein Hauptantriebselement 15, welches über Bänder 13 und Riemenscheiben 14 mit dem Hauptantrieb 12 verbunden ist; (anstelle der in Fig. 1 dargestellten Riemenscheiben kann auch ein Zahnrad- oder Schneckenradgetriebe vorgesehen sein). Auf diesem Weg wird die Leistung des Hauptantriebs 12 über Bänder 13 und Riemenscheiben 14 auf das einzige Leistungsübertragungssystem 11 übertragen.

Wie bereits erwähnt, kann jedes der Bauteile 2 bis 4, 7 bis 9 und 11 bis 15 als ein federnder Körper mit einer Massenträgheit 1 in Umfangsrichtung und einer Torsionssteifigkeit K dargestellt sein.

Die offenen Längswellen des einzigen Leistungsübertragungssystems 11 an dem ersten druckwerkeigenen Antrieb 7 und dem dritten druckwerkeigenen Antrieb 9 symbolisieren, daß auch andere Bauteile leicht mit diesem System verbunden werden können.

Eine steifigkeitsveränderbare Kupplung 6, welche jedes der Druckwerke 2, 3 und 4 mit einem jeweiligen der druckwerkeigenen Antriebe 7, 8 und 9 verbindet, wirkt als eine nachgiebige Federung auf dem Hauptdrehmomentpfad. Die steifigkeitsveränderbare Kupplung 6 wird bei der Bestimmung der kritischen Geschwindigkeiten vorherrschend sein, weil sie nachgiebiger als andere, sich auf dem Hauptdrehmomentpfad befindliche, als federnde Körper dargestellte Bauteile ist. Eine Erhöhung oder Minderung der Steifigkeit der Kupplung 6 erhöht oder vermindert die kritischen Geschwindigkeiten.

In Fig. 1 ist das Auswechseln oder Verändern der steifigkeitsveränderbaren Kupplung 6 dargestellt, indem die Federungslinie nicht mit einem der Druckwerke 2, 3, 4 oder einem der druckwerkeigenen Antriebe 7, 8, 9 verbunden ist.

Wie dem Fachmann bekannt ist, sind die Massenträgheiten in Umfangsrichtung und die Torsionssteifigkeiten der druckwerkeigenen Antriebe 7, 8, 9 und der Druckwerke 2, 3 und 4 leicht bestimmbar. Das heißt, die Massenträgheit und Steifigkeit eines jeden Antriebs und Druckwerks kann auf der Basis der Steifigkeit eines jeden Drehmomentpfades unter Anwendung der in der Industrie gebräuchlichen mathematischen Formgebung bestimmt werden.

Da die Steifigkeiten der druckwerkeigenen Antriebe 7, 8 und 9 und der Druckwerke 2, 3 und 4 bekannt sind und die steifigkeitsveränderbare Kupplung 6 in dem Leistungsübertragungssystem 11 abgestimmt werden kann, ist nur eine Veränderung der steifigkeitsveränderbaren Kupplung 6 erforderlich, um die kritischen Geschwindigkeiten aus dem normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereich auszuschließen.

Fig. 2 zeigt eine mathematische Formgebung einer vier-Druckwerk-Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Um die erforderliche Steifigkeit der nachgiebigsten Federung, d. h. der steifigkeitsveränderbaren Kupplung in dem Kraftübertragungsteil vorherzubestimmen, kann eine erste Einheit 2 einer Druckmaschine 1 als Modell dargestellt werden wie in Fig. 2 gezeigt, um die gesamte Massenträgheit 38 in Umfangsrichtung einer Einheit zu errechnen. Das Modell kann je nach dem erforderlichen Genauigkeitsgrad erweitert oder vereinfacht werden.

Die für die Bauteile gewählten Massenträgheiten werden größtenteils von den zu druckenden Produkten diktiert. Es werden die Massenträgheit 16 der zentralen Antriebsgetriebeanordnung, die Massenträgheit 17 der oberen Antriebsanordnung und die Massenträgheit der ersten und zweiten unteren Antriebsanordnungen 18 und 19 berücksichtigt. Mit den Massenträgheiten dieser Antriebsanordnungen sind die Massenträgheiten der Druckwerkzylinder, d. h. die Massenträgheit 20 des oberen Plattenzylinders, die Massenträgheit 21 des oberen Gummituchzylinders, die Massenträgheit 22 des unteren Plattenzylinders und die Massenträgheit 23 des unteren Gummituchzylinders verbunden. Außerdem werden die Massenträgheiten eines oberen Farbwerks 24, eines oberen Feuchtwerks 25 sowie eines unteren Farbwerks 27 und eines unteren Feuchtwerks 28 berücksichtigt. Die zusätzlichen Massenträgheiten 26, 29 für Kupplungsanordnungen sind ebenfalls dargestellt.

Die Bezugsziffer 38 stellt die Massenträgheit der gesamten Einheit dar und umfaßt die Massenträgheiten der oben erwähnten Bauteile. Somit ist die Bezugsziffer 38 der zweiten, dritten und vierten Einheit 2, 3 und 4 der Druckmaschine 1 zugeordnet. Die Gesamtmassenträgheit 38 ist nur als eine einfache Referenz vorgesehen und wird für das Modell selbst nicht gebraucht.

Der jeweilige druckwerkeigene Antrieb 7 wird ebenfalls entsprechend dargestellt. Im Falle einer Längswellenanordnung wird die gemeinsame gesamte Antriebsmassenträgheit 39 von der Massenträgheit 36 einer Zwischenwelle und der Massenträgheit 37 einer Längswelle hergeleitet.

In ähnlicher Weise wird auch die Massenträgheit der die oben genannten Massenträgheiten verbindenden Federungen errechnet und in das mathematische Modell eingebracht.

Wenn die oben angeführten Massenträgheiten und somit die Steifigkeit einmal bekannt sind, kann der Kraftübertragungsteil des Leistungsübertragungssystems 11 so konstruiert werden, daß die von Einheit zu Einheit auftretenden Eigenfrequenzen auf die Steifigkeit nur einer Federung stark ansprechen, d. h. auf die steifigkeitsveränderbare Kupplung 6.

Da die Massenträgheit 40 der Antriebskupplung ebenfalls bekannt ist, kann das Leistungsübertragungssystem 11 so konstruiert werden, daß es viel steifer ist als die einer jeden Einheit zugeordnete steifigkeitsveränderbare Kupplung 6, in welcher die Steifigkeit des veränderbaren Elements als K_t definiert ist. Die Steifigkeit der Kupplung 6 wird dann verändert, um die von Einheit zu Einheit auftretenden Eigenfrequenzen dorthin zu bewegen, wo diese durch Umlauffrequenzen bei der Kraftübertragung nicht angeregt werden. Somit ist erzielt, daß nur ein Element verändert werden muß, nämlich die steifigkeitsveränderbare Kupplung 6 des einzigen Leistungsübertragungssystems 11, um kritische Geschwindigkeiten aus den normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereichen auszuschließen.

Fig. 3 zeigt ein mathematisches Modell einer Druckmaschine für liegende Seiten mit sechs Druckwerken gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie bei Fig. 2 kann auch dieses Modell erweitert oder vereinfacht werden, je nach dem erforderlichen Genauigkeitsgrad.

Eine Druckmaschine 41 umfaßt ein erstes Druckwerk 42, ein zweites Druckwerk 43, ein drittes Druckwerk 44, ein viertes Druckwerk 45, ein fünftes Druckwerk 46 und ein sechstes Druckwerk 47. Für jedes der Druckwerke ergibt sich eine Einheit-Massenträgheit 38.1. Diese gesamten Einheit-Massenträgheiten 38.1 werden mit Hilfe der in Fig. 3 gezeigten Modelldarstellung der jeweiligen Druckwerke 42 bis 47 errechnet. Dabei ist die Massenträgheit 16.1 des zentralen Antriebsgetriebes sowie die Massenträgheit 17.1 eines oberen Antriebes und die Massenträgheit 18.1 eines ersten unteren Antriebes berücksichtigt. Die Bezugsziffern 30.1 und 31.1 deuten jeweils die Steifigkeit der Antriebe für eine obere und eine untere Kraftübertragung an. Die Bezugsziffer 32.1 deutet die Steifigkeit eines oberen Plattenzylinderantriebs an, und die Bezugsziffern 33.1, 34.1 und 35.1 deuten die Steifigkeit der Antriebe der Kupplung, des Feuchtwerks und des Farbwerks an. Die Massenträgheiten der Druckwerkzylinder werden mit "1" bezeichnet, um anzudeuten, daß diese sich von den in Fig. 1 im Zusammenhang mit dem ersten Druckwerk 2 angegebenen Massenträgheiten unterscheiden. Die Massenträgheiten 25.1 und 28.1 des oberen und des unteren Feuchtwerks sowie die Massenträgheiten 26.1 und 29.1 der Kupplungen sollten bei der Ermittlung der Einheit-Massenträgheit 38.1 berücksichtigt werden.

Die Druckmaschine 41 wird durch einen Hauptantrieb 12.1 angetrieben. Dieser Hauptantrieb hat nicht unbedingt die gleiche Massenträgheit wie der Antrieb 12 in Fig. 1. Durch Riemenscheiben 14 und eine Bandanordnung 13.1 wird das Drehmoment in ein einziges Leistungsübertragungssystem 11, das die Massenträgheiten 40 der Antriebsanordnung enthält, übertragen. Die Bandanordnung kann durch Antriebs- oder andere Antriebsanordnungen ersetzt werden.

Das Leistungsübertragungssystem 11 und seine jeweiligen Antriebsanordnungs-Massenträgheiten 40 sowie die Massenträgheit 39 des druckwerkeigenen Antriebs sind die gleichen wie in der vier-Druckwerk-Maschine der Fig. 2.

Das Leistungsübertragungssystem 11 verbindet die einem jeden Druckwerk 42, 43, 44, 45, 46 und 47 zugeordneten jeweiligen druckwerkeigenen Antriebe. Die druckwerkeigenen Antriebe mit einer Massenträgheit 39 je Antrieb übertragen das Drehmoment auf die über die steifigkeitsveränderbare Kupplung 6 zugeordneten Einheiten.

Da die Gesamtmassenträgheit 38.1 sich wesentlich von der Gesamtmassenträgheit 38 der in Fig. 2 gezeigten vier-Druckwerk-Maschine unterscheidet, werden sich die kritischen Geschwindigkeiten der sechs-Druckwerk-Maschine der Fig. 3 wesentlich von der vier-Druckwerk-Maschine der Fig. 2 unterscheiden, wenn die gleichen Federungssteifigkeiten gegeben sind.

Jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung können nun die kritischen Geschwindigkeiten eines jeden Systems mit Leichtigkeit ausgeschlossen werden, indem die steifigkeitsveränderbare Kupplung 6, welche die maßgebliche Federung auf dem Hauptdrehmomentpfad ist, verändert wird.

Es wird also durch Verändern der Steifigkeit der Kupplung 6 ermöglicht, daß verschiedene Druckwerkanordnungen in einer Druckmaschinenfamilie durch eine einzige Leistungsübertragung angetrieben werden können, da die Abwandlung kritischer Geschwindigkeiten sich auf nur ein veränderbares oder auswechselbares Bauteil konzentriert.

Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der steifigkeitsveränderbaren Kupplung 6, worin diese mit zwei elastischen Kupplungsteilen ausgebildet ist. Eine antreibende Welle 48 und eine getriebene Welle 49 sind mittels einer Drehmomentübertragungshülse 52 miteinander verbunden. Die Drehmomentübertragungshülse 52 weist eine Wanddicke 50 auf und kann aus einem beliebigen Material bestehen, das dem anzubringenden Drehmoment standhält. Das Verändern der Steifigkeit der Kupplung 6 wird entweder durch durch Verändern des Materials erzielt, d. h. durch Austauschen der Drehmomentübertragungshülse 52 gegen eine solche mit anderer Steifigkeit, durch Ändern der Dicke der Hülsenwand 50 (wobei die Steifigkeit der Drehmomentübertragungshülse 52 verändert wird), oder durch Ändern des axialen Abstandes 51 zwischen der antreibenden Welle 48 und der getriebenen Welle 49 (z. B. durch axiales Bewegen der Welle 48 relativ zu der Welle 49 oder umgekehrt). Die Steifigkeit, k_t, der Kupplung 6 kann somit über einen Bereich einstellbarer Werte variiert werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der steifigkeltsveränderbaren Kupplung 6 ist in Fig. 5 gezeigt. Eine antreibende Welle 53 weist mehrere herausragende Teile auf, die mit in Ausnehmungen 55 einer getriebenen Welle 54 angebrachten Federungselementen 57 in Verbindung stehen. Federungselemente 57 sind in den Ausnehmungen 55 der getriebenen Welle 54 mittels Schrauben 56 angebracht, was es leicht macht, die Federungselemente 57 auszuwechseln. Es können Federungselemente 57 von unterschiedlicher Steifigkeit, z. B. unterschiedlicher Elastizitätsmodule, in der getriebenen Welle 54 leicht angebracht werden, wodurch die Steifigkeit der Kupplung 6 verändert wird. Durch die Wahl geeigneter Federungselemente 57 können somit die kritischen Geschwindigkeiten erhöht oder vermindert werden, so daß die kritischen Geschwindigkeiten außerhalb der normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereiche liegen.

Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der steifigkeitsveränderbaren Kupplung 6. In diesem Beispiel wird die Steifigkeit der Kupplung 6 durch Änderung der Steifigkeit, des Elastizitätsmoduls, der Geometrie oder Orientierung eines Stützkörpers 62 verändert. Dieser Stützkörper 62 ist in einer ersten Ausnehmung 61 einer getriebenen Welle 58 angebracht. Die antreibende Welle 59 trifft auf die getriebene Welle 58 an der Seitenwand einer zweiten Ausnehmung 60. Der Stützkörper 62 ist mittels Schrauben 56 angebracht. Die Anwendung eines anderen Materials, einer anderen Geometrie oder Orientierung bei dem Stützkörper 62 verändert die der Wand 63 der antreibenden Welle 59 gegebene Stütze und verändert die Steifigkeit der Kupplung 6.

Fig. 7a bis 7d zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der steifigkeitsveränderbaren Kupplung 6. Mittels eines rotierbar angebrachten Federungselements 65 (z. B. einer Torsionswelle), welches an eine antreibende Welle 63 angestellt wird, kann ein federsteifigkeitsbereich zwischen der antreibenden Welle 63 und einer getriebenen Welle 64 geschaffen werden. Somit kann die Steifigkeit der Kupplung 6 beeinflußt werden und, vorausgesetzt daß sie die dominierende Federung auf dem Drehmomentpfad ist, können kritische Geschwindigkeiten aus dem normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereich ausgeschlossen werden.

Die antreibende Welle 63 weist eine oder mehrere Ausnehmungen auf, um ein jeweiliges Federungselement 65 darin aufzunehmen, welches in der getriebenen Welle 64 angebracht ist. Das Federungselement 65 kann in der getriebenen Welle 64 so angebracht sein, daß es einen winkelbereich einnimmt. Wie in den Fig. 7b bis 7d dargestellt, wird durch Veränderung der Position des Federungselements 65 in der getriebenen Welle 64 die Position des Federungselements 65 relativ zu der antreibenden Welle 63 ebenfalls verändert. Da die Position des Federungselements 65 relativ zu der getriebenen Welle 63 von einer nahezu radialen Position (Fig. 7c) in eine tangentiale Position (Fig. 7d) verändert wird, erhöht sich die Steifigkeit der Kupplung 6.

In Fig. 7c werden die Federungselemente 65 in einer nahezu radialen Position relativ to der antreibenden Welle 63 gezeigt. Das auf das Federungselement 65 ausgeübte Drehmoment wird definiert als T= F_*, wobei "F" die durch die antreibende Welle 63 auf das Federungselement 65 angewandte Kraft ist und "d" der Hebel des Federungselements 65 ist. In dieser Position ist das auf das Federungselement 65 ausgeübte Drehmoment das Maximum und die relative Umdrehung der antreibenden Welle 63 und der getriebenen Welle 65 ist das Maximum für ein gegebenes übertragenes Drehmoment. Somit befindet sich die Kupplung 6 in ihrem elastischsten oder weichsten Zustand.

In Fig. 7d sind die Federungselemente 65 relativ zu der antreibenden Welle 63 in einer tangentialen Position gezeigt. In dieser Position ist der Hebel "d" Null, und das auf das Federungselement 65 ausgeübte Drehmoment (T = F_*) ist auch Null. Somit ist das auf das Federungselement 65 ausgeübte Drehmoment das Minimum, und die relative Umdrehung der antreibenden Welle 63 und der getriebenen Welle 65 ist das Minimum für ein gegebenes übertragenes Drehmoment. Die Kupplung 6 befindet sich also in ihrem steifsten Zustand.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Kupplung 6 für den Antrieb jeglicher Art von Druckmaschinenbauteilen verwendet werden, wie z. B. für den Antrieb einer Längswelle 200, wie in Fig. 8a gezeigt, eine Kettenanordnung 300, wie in Fig. 8b gezeigt, oder eine Antriebsanordnung 400, wie in Fig. 8c gezeigt, solange die Kupplung 6 nachgiebiger als die anderen Bauteile auf dem Hauptdrehmomentpfad ist.

Durch die oben beschriebenen Strukturen der steifigkeitsveränderbaren Kupplung 6 kann eine Abwandlung kritischer Geschwindigkeiten der Druckmaschine erzielt werden, wobei es der Veränderung nur eines Bauteils innerhalb des Hauptdrehmomentpfads bedarf. Entweder das Verändern oder das Auswechseln des Kupplungselements 6 ermöglichen den Ausschluß kritischer Geschwindigkeiten, wodurch individuelle Antriebsanordnungen für eine jeweilige Maschinengruppe überflüssig werden.

Obschon die obigen Ausführungsbeispiele mit Bezug auf Druckmaschinen beschrieben wurden, kann die vorliegende Erfindung auch in anderen Maschinen angewandt werden, z. B. bei mehrstufigen Anlagen, wie Fertigungsstraßen, Papiermühlen, Webereien und Stahlwerken.

Bezugszeichenliste

1 Druckmaschine (Fig. 1)
"1" Massenträgheiten der Druckwerkzylinder (Fig. 2)
2 erstes Druckwerk (Fig. 1)
3 zweites Druckwerk (Fig. 1)
4 drittes Druckwerk (Fig. 1)
6 steifigkeitsveränderbare Kupplung
7 erster Antrieb (Fig. 1)
8 zweiter Antrieb (Fig. 1)
9 dritter Antrieb (Fig. 1)
11 Leistungsübertragungssystem
12 Hauptantrieb für Druckmaschine (Fig. 1)
12.1 Hauptantrieb für Druckmaschine (Fig. 3)
13 Bänderanordnung (Fig. 1)
13.1 Bänderanordnung (Fig. 3)
14 Riemenscheiben (Fig. 1)
14 Riemenscheiben (Fig. 3)
15 Hauptantriebelement (Fig. 1)
16 Massenträgheit der zentralen Antriebsanordnung (Fig. 1)
16.1 Massenträgheit des zentralen Antriebs (Fig. 3)
17 Massenträgheit der oberen Antriebsanordnung (Fig. 1)
17.1 Massenträgheit des oberen Antriebs (Fig. 3)
18 Massenträgheit des ersten unteren Antriebs (Fig. 1)
18.1 Massenträgheit eines ersten unteren Antriebs (Fig. 3)
19 Massenträgheit des zweiten unteren Antriebs (Fig. 1)
20 Massenträgheit des oberen Plattenzylinders (Fig. 1)
21 Massenträgheit des oberen Gummituchzylinders (Fig. 1)
22 Massenträgheit des unteren Plattenzylinders (Fig. 1)
23 Massenträgheit des unteren Gummituchzylinders (Fig. 1)
24 oberes Farbwerk (Fig. 1)
25 oberes Feuchtwerk (Fig. 1)
25.1 Massenträgheit des oberen Feuchtwerks (Fig. 3)
26 zusätzliche Massenträgheit für Kupplung (Fig. 1)
26.1 Massenträgheit einer Kupplung (Fig. 3)
27 unteres Farbwerk (Fig. 2)
28 unteres Feuchtwerk (Fig. 2)
28.1 Massenträgheit des unteren Feuchtwerks (Fig. 3)
29 zusätzliche Massenträgheit einer Kupplung (Fig. 2)
29.1 Massenträgheit einer Kupplung (Fig. 3)
30.1 Steifigkeit des Antriebs für obere Kraftübertragung (Fig. 3)
31.1 Steifigkeit des Antriebs für untere Kraftübertragung (Fig. 3)
32.1 Steifigkeit des oberen Plattenzylinderantriebs (Fig. 3)
33.1 Steifigkeit des Kupplungsantriebs (Fig. 3)
34.1 Steifigkeit des Feuchtwerkantriebs (Fig. 3)
35.1 Steifigkeit des Farbwerkantriebs (Fig. 3)
36 Massenträgheit einer Zwischenwelle (Fig. 3)
37 Massenträgheit einer Längswelle (Fig. 3)
38 Gesamt-Massenträgheit in Umfangsrichtung einer Einheit
38.1 Einheit-Massenträgheit eines Druckwerks (Fig. 3)
39 Massenträgheit des druckwerkeigenen Antriebs (Fig. 3)
40 Massenträgheiten der Antriebsanordnungen (Fig. 3)
41 Druckmaschine (Fig. 3)
42 erstes Druckwerk (Fig. 3)
43 zweites Druckwerk (Fig. 3)
44 drittes Druckwerk (Fig. 3)
45 viertes Druckwerk (Fig. 3)
46 fünftes Druckwerk (Fig. 3)
47 sechstes Druckwerk (Fig. 3)
48 antreibende Welle (Fig. 4)
49 getriebene Welle (Fig. 4)
50 Wanddicke der Drehmomentübertragungshülse 52 (Fig. 4)
51 axialer Abstand zwischen Wellen 48 und 49 (Fig. 4)
52 Drehmomentübertragungshülse (Fig. 4)
53 antreibende Welle (Fig. 5)
54 getriebene Welle (Fig. 5)
55 Ausnehmungen (Fig. 5)
56 Schrauben (Fig. 5)
57 Federungselemente (Fig. 5)
58 getriebene Welle (Fig. 6)
59 antreibende Welle (Fig. 6)
60 zweite Ausnehmung (Fig. 6)
61 Ausnehmung der getriebenen Welle 58 (Fig. 6)
62 Stützkörper (Fig. 6)
63 antreibende Welle (Fig. 7)
64 getriebene Welle (Fig. 7)
65 Federungselement (Fig. 7)
200 Längswelle (Fig. 8)
300 Kettenanordnung (Fig. 8)
400 Antriebsanordnung (Fig. 8)

Claims

1. Mechanismus zum Ausschluß kritischer Geschwindigkeiten aus den normalen Betriebsgeschwindigkeitsbereichen einer Druckmaschine (1), deren normale Betriebsgeschwindigkeitsbereiche vorbestimmt sind, wobei der genannte Mechanismus die folgenden Merkmale umfaßt:
mindestens eine Antriebseinheit (7, 8, 9) zum Antrieb mindestens einer Einheit (2, 3, 4; 42-47) der Druckmaschine (1), die eine Vielzahl vorbestimmter Torsionssteifigkeiten aufweist;
ein einziges Leistungsübertragungssystem (11) zur Verbindung der mindestens einen Antriebseinheit (7, 8, 9) mit der mindestens einen Einheit (2, 3, 4; 42-47) der Druckmaschine (1), wobei das einzige Leistungsübertragungssystem (11) eine steifigkeitsveränderbare Kupplung (6) aufweist, wodurch kritische Geschwindigkeiten der Druckmaschine (1), d. h. Geschwindigkeiten, bei denen die Eigenfrequenzen mit den Frequenzen der Torsionsschwingungsanregung übereinstimmen, aus dem vorbestimmten Bereich der normalen Betriebsgeschwindigkeiten der Druckmaschine (1) ausgeschlossen werden.

2. Mechanismus gemäß Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die steifigkeitsveränderbare Kupplung ein veränderbares (52) Element umfaßt.

3. Mechanismus gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steifigkeitsveränderbare Kupplung ein auswechselbares (52) Element umfaßt.

4. Mechanismus gemäß Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die steifigkeitsveränderbare Kupplung (6) ein antreibendes Element (48) und ein getriebenes Element (49) und ein veränderbares Element (52) umfaßt.

5. Mechanismus gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die antreibenden Elemente (48, 53, 59, 63) und die getriebenen Elemente (49, 54, 58, 64) Längsachsen antreiben, wodurch Kraft auf die mindestens eine Einheit (2, 3, 4; 42-47) der Druckmaschine (1) übertragen wird.

6. Mechanismus gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die antreibenden Elemente (48, 53, 59, 63) und die getriebenen Elemente (49, 54, 58, 64) Antriebsräder antreiben, um Kraft auf die mindestens eine Einheit (2, 3, 4; 42-47) der Druckmaschine (1) zu übertragen.

7. Mechanismus gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die antreibenden Elemente (48, 53, 59, 63) und die getriebenen Elemente (49, 54, 58, 64) Ketten (300) antreiben, um Kraft auf die mindestens eine Einheit (2, 3, 4; 42-47) der Druckmaschine (1) zu übertragen.

8. Mechanismus gemäß Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß die antreibenden Elemente (48, 53, 59, 63) und die getriebenen Elemente (49, 54, 58, 64) Bänder antreiben, um Kraft auf die mindestens eine Einheit (2, 3, 4; 42-47) der Druckmaschine (1) zu übertragen.

9. Mechanismus gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steifigkeitsveränderbare Kupplung (6) ferner eine auswechselbare Drehmomentübertragungshülse (52) umfaßt, die zwischen einem antreibenden (48) und einem getriebenen Element (49) angeordnet und mit diesen verbunden ist, wobei die Steifigkeit der Kupplung (6) verändert wird, indem von einer Vielzahl auswechselbarer Drehmomentübertragungshülsen (52) mit unterschiedlichen Steifigkeitscharakteristiken eine entsprechende gewählt wird.

10. Mechanismus gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Vielzahl von auswechselbaren Drehmomentübertragungshülsen (52) aus einem Material mit unterschiedlicher Steifigkeit besteht.

11. Mechanismus gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Vielzahl von auswechselbaren Drehmomentübertragungshülsen (52) eine unterschiedliche Wanddicke (50) aufweist.

12. Mechanismus gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steifigkeitsveränderbare Kupplung (6) eine Drehmomentübertragungshülse (52) umfaßt, die zwischen einem antreibenden (48) und einem getriebenen (49) Element angeordnet und mit diesen verbunden ist, wobei die Steifigkeit der Kupplung (6) durch Änderung der axialen Distanz (51) zwischen dem antreibenden Element und dem getriebenen Element verändert wird.

13. Mechanismus gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steifigkeitsveränderbare Kupplung (6) eine Vielzahl von Federungen (57) mit unterschiedlichen Steifigkeiten umfaßt, wobei jede Federung wahlweise zwischen einem antreibenden (53) und einem getriebenen Element (54) positionierbar ist, um die Steifigkeit des veränderbaren Elements der Kupplung (6) zu verändern.

.4. Mechanismus gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steifigkeitsveränderbare Kupplung (6) ein antreibendes Element (53, 59, 63), ein getriebenes Element (54, 58, 64 und eine Vielzahl von auswechselbaren Federungselementen (57, 65) umfaßt, wobei jedes auswechselbare Federungselement (57, 65) wahlweise in dem angetriebenen (53, 59, 63) Element angebracht werden kann, um die kritischen Geschwindigkeiten der Antriebseinheit (7, 8, 9), bei denen die Eigenfrequenzen mit den Frequenzen der Torsionsschwingungsanregung übereinstimmen, abzuwandeln.

15. Mechanismus gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das auswechselbare Federungselement (57, 65) innerhalb einer Aussparung (55, 61) des getriebenen Elements (54, 58, 64) angebracht ist.

16. Mechanismus gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das auswechselbare Federungselement (57, 65) durch eine Befestigung (56) in der Aussparung (55, 61) des getriebenen Elements gehalten wird.

17. Mechanismus gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Vielzahl der auswechselbaren Federungselemente (57, 65) aus einem Material mit einem anderen Elastizitätsmodul besteht als mindestens ein anderes der Vielzahl auswechselbarer Federungselemente (57, 65).

18. Mechanismus gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erhöhung oder Minderung der Steifigkeit der steifigkeitsveränderbaren Kupplung (6) die kritischen Geschwindigkeiten der Druckmaschine (1) abwandelt.

19. Mechanismus gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmaschine (1) eine Rotationsdruckmaschine ist, die aus einer Vielzahl von zu Gruppen gebildeten Druckwerken (2, 3, 4; 42-47) zusammengesetzt sein kann, wobei jede Druckwerkgruppe (2, 3, 4; 42-47) auf ihrem jeweiligen Hauptdrehmomentpfad eine unterschiedliche Steifigkeit aufweist.