DE19649182A1 - Druckzylinder - Google Patents
DruckzylinderInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description
Die Erfindung betrifft einen Druckzylinder, wie eine(n)
Gummituchzylinder (oder -walze), eine(n) Plattenzylinder
(oder -walze), eine Farbwalze zum Überführen von Druckfarbe
von einem Farbreservoir auf einen Plattenzylinder usw., zur
Verwendung bei verschiedenen Druckmaschinen, z. B. Offset
rotationsmaschinen und dgl.
Eine Druckmaschine nach dem Stand der Technik ist so
ausgestaltet, daß in einem Farbreservoir enthaltene Druck
farbe von einer Walze zu einer anderen in einer (nicht
dargestellten) Farbauftragwalzengruppe aus zahlreichen Walzen
wie Farbwalzen (feed rollers) usw. überführt wird, wobei
einander benachbarte Walzen über ihre Außenumfangs- bzw.
Mantelflächen in Abrollberührung miteinander stehen. Die
Druckfarbe wird während des Überführungsvorgangs unter
Bildung eines dünnen Druckfarbfilms zweckmäßig verteilt,
worauf sie gemäß Fig. 12 auf eine Druckplatte 2 übertragen
wird, die eine druckende Fläche bildet und um einen Platten
zylinder 1 herumgewickelt ist. Ferner wird die Druckfarbe von
der Druckplatte 2 auf ein um die Mantelfläche eines Gummi
tuchzylinders 3 herumgelegtes Gummituch 4 übertragen. Darauf
hin erfolgt ein Bedrucken auf jeder Seite einer durchlaufen
den Papierbahn 5 mittels des Gummituchs 5, während die
jeweiligen, ober- und unterseitig angeordneten Gummituch
zylinder 3 mit ihren Mantelflächen mit der durchlaufenden
Bahn 5 in Abrollberührung stehen.
Wenn Druckfarbe nur einem der Gummitücher 4 der über und
unter einer Bahnlaufstrecke 6, auf welcher die Papier-Bahn 5
läuft, angeordneten Gummituchzylinder 3 zugeführt und durch
dieses Gummituch übertragen wird, kann ein Drucken nur auf
einer Seite der Bahn 5 durchgeführt werden. Wenn mehrere,
üblicherweise vier Sätze der Gummituchzylinder 3 längs der
Laufrichtung der Bahn 5 parallel angeordnet sind, kann ein
Mehrfarbdruck erfolgen.
Da die für das Drucken mit der Druckmaschine benutzte
Druckplatte 2 jeweils entsprechend dem auf die Bahn 5 auf
zudruckenden Inhalt gewechselt werden muß, ist in der Mantel
fläche des Plattenzylinders 1 eine über seine gesamte axiale
Länge verlaufende Schlitzrille bzw. (sog.) Grube 7 ausge
bildet; dabei wird die Druckplatte 2, auf der eine recht
eckige Druckfläche geformt ist, um den Plattenzylinder 1
herumgewickelt und mit ihren vorderen und hinteren Enden in
die Grube 7 eingesetzt und darin verspannt (fixiert).
Bezüglich des am Gummituchzylinder 3 angebrachten
Gummituchs 4 wurde bei einer bisherigen Druckmaschine eine
Verbesserung gemäß Fig. 12 wie für die genannte Druckplatte 2
vorgenommen. Dabei wurde in der Mantelfläche des Gummituch
zylinders 3 ebenfalls eine sog. Grube geformt, in welche die
vorderen und hinteren Enden des Gummituchs eingesetzt und
dieses damit am Gummituchzylinder 3 angebracht (verspannt)
wurden.
Bei einer modernen handelsüblichen Offsetrotations
maschine wurde jedoch eine Druckmaschine mit einem zylin
drischen Gummituch 8 als Gummituch 4 verwendet, wie dies in
Fig. 12 und in Fig. 13, die eine detaillierte Schnittansicht
des Gummituchzylinders 3, in Richtung der Pfeile B-B in Fig.
12 gesehen, zeigt, dargestellt ist.
Bei Verwendung eines solchen zylindrischen Gummituchs 8
kann eine Länge Sa eines unbedruckten Bereichs in der Lauf
richtung der Bahn gemäß Fig. 14 beträchtlich verkleinert
sein. Infolgedessen können der Papierverlust verringert und
Kosten für Druckpapier eingespart werden.
Bei einer solchen Druckmaschine ist gemäß Fig. 13 das
zylindrische Gummituch 8 hülsen- oder manschettenartig
ausgebildet, so daß es auf die Mantelfläche des Gummituch
zylinders 3 aufgezogen und von ihr abgezogen werden kann;
dabei kann einer der die beiden Enden des Gummituchzylinders
3 lagernden Lagerteile unter Bildung eines Zwischenraums an
der betreffenden Stelle herausgenommen (ausgebaut) werden,
wodurch Anbringen und Abnehmen des zylindrischen Gummituchs 8
erleichtert wird.
Dieser Gummituchzylinder 3 weist auf seiner Mittelachse
eine durchgehende Bohrung 10 auf, die an jedem Ende der Welle
oder Achse mündet. In der Radialrichtung des Gummituchzylin
ders 3 ist eine Luft(aus)blasöffnung 11 von der durchgehenden
bzw. Axialbohrung 10 zur Mantelfläche vorgesehen, so daß von
außen her über die Axialbohrung 10 eingeführte Druckluft die
Axialbohrung 10 und die Luftblasöffnung 11 durchströmt und in
der Radialrichtung des Gummituchzylinders 3 ausgeblasen wird.
Hierbei entsteht ein Druckluftfilm in einem Spalt zwischen
der Mantelfläche des Gummituchzylinders 3 und der Innen
umfangsfläche des zylindrischen Gummituchs 8, wodurch das
Anbringen und Abnehmen des Gummituchs 8 weiter erleichtert
wird.
Bei diesem Gummituchzylinder 3 wird im normalen Druck
betrieb die Zufuhr von Druckluft zum Spalt beendet, so daß
das Gummituch 8 ohne Schlupffest am Gummituchzylinder 3
anliegt.
Dabei konnte in der Mantelfläche des Gummituchzylinders
3 eine Grube (slit groove), die für das Anbringen des
Gummituchs nötig war, wie die Grube 7 im Plattenzylinder 1
gemäß Fig. 12, entfallen.
Aufgrund des Ersatzes des um den Gummituchzylinder 3
herumgewickelten Gummituchs 4 durch das auf den Gummituch
zylinder 3 aufzieh- und von ihm abziehbare zylindrische
Gummituch 8 sowie der Verkleinerung der Grube 7 oder Spalt
breite des Plattenzylinders 1 konnten Änderungen der An
druckkraft, die durch Stöße beim Zusammentreffen von Spalten
hervorgerufen werden, oder verschiedene andere Stöße erheb
lich gemildert werden.
Bei diesen Stößen handelt es sich hauptsächlich um
Stöße, die als Bewegung (Schwingung) in der Radialrichtung
des Plattenzylinders 1 und des Gummituchzylinders 3 ent
stehen, sowie um Stöße aufgrund von Änderungen der Winkel
geschwindigkeit (Rotationsunregelmäßigkeit) in der Rotations
richtung. Die Entstehung dieser Stöße ist eine Ursache für
Druckverdoppelung, Verwischen, Stoßmarken, Rädermarken (gear
mark) usw., d. h. verschiedene Druckfehler, wie Farbauftrag
unregelmäßigkeiten, Farbversatz, periodisch auftretende band-
bzw. schlierenartige Druckunregelmäßigkeiten und dgl. auf der
bedruckten Oberfläche.
Durch die Einführung des zylindrischen Gummituchs 8
konnten mit der Abrollberührung zwischen Platten- und
Gummituchzylinder 1 bzw. 3 zusammenhängende Stöße stark
herabgesetzt werden. Damit wurde eine Druckmaschine reali
siert, die einen hochqualitativen Druck liefert und mit hoher
Geschwindigkeit betrieben werden kann.
Durch die genannte Verbesserung und die Verbesserung
durch Verkleinerung oder Wegfall der Grube 7 konnte auch die
Steifheit des Plattenzylinders 1, des Gummituchzylinders 3
usw. verringert werden.
Ohne die Notwendigkeit für die Verwendung festerer
(steiferer) Walzen ergibt sich somit ein Vorteil, daß nicht
nur eine Antriebseinrichtung mit kompakten Abmessungen ein
gesetzt werden kann, sondern auch die gesamte Druckmaschine
mit kompakten Abmessungen und mit verringertem Gewicht
ausgelegt werden kann.
Wie oben erwähnt, sind bei den derzeit eingesetzten
Druckmaschinen in neuerer Zeit bemerkenswerte technische
Fortschritte gemacht worden.
Bei solchen verbesserten Druckmaschinen, wie bei der
jenigen nach Fig. 12, zeigt sich jedoch eine Kundenforderung
nach weiterer Verbesserung zur Verringerung des Papierver
lusts und zur Verbesserung der Produktionsleistung durch
Vergrößerung der Maschinenbreite, d. h. Vergrößerung der
Breite der zu bedruckenden Papierbahn.
Während nämlich gemäß Fig. 14 auf herkömmliche Weise mit
einer Umdrehung der gemäß Fig. 12 ober- und unterseitig an
geordneten Gummituchzylinder 3 auf beiden Seiten der Bahn 5
sechzehn (z. B. Buch-)Seiten gedruckt worden sind, wird ein
Druck mit noch mehr Seiten mit einer Umdrehung eines Gummi
tuchzylinders 3′ in der Weise angestrebt, daß bei Vergröße
rung der Maschinenbreite vierundzwanzig Seiten auf beiden
Seiten (Flächen) der Bahn gedruckt werden können (vgl.
strichpunktierte Linien in Fig. 14).
Mit einer solchen Verbesserung sind folgende Wirkungen
zu erwarten:
- 1. Der Papierverlustanteil 12 an jedem Seitenrand der Bahn 5 im Verhältnis zur Gesamtbreite (der Bahn) wird verringert, weil der Papierverlustanteil 12 beim Drucken von jeweils 16 Seiten der gleiche ist wie beim Drucken von 24 Seiten.
- 2. Bindefalze (folded binder) ergeben sich für eine größere Zahl von Seiten, so daß die Buchbindestraße effektiver arbeiten kann.
- 3. Es kann eine weitere Verbesserung der Produktions leistung erzielt werden.
Um diese Bedingungen zu erfüllen, ist es jedoch nötig,
die axiale Länge des Druckzylinders 20, einschließlich des
Gummituchzylinders 3 und des Plattenzylinders 1, von L auf L′
zu vergrößern. Diese Verlängerung des Druckzylinders 20 ist
allerdings wegen einer Durchbiegungsverformung desselben beim
Drucken problematisch. Genauer gesagt: neben Schwingung, die
an der rotierenden Welle oder Achse des Druckzylinders 20
auftritt, ergibt sich ein großes Problem bezüglich Ungleich
förmigkeit der Andruckkraft, d. h. des Spaltdrucks (nip
pressure) zwischen dem Mittelbereich und den beiden End
bereichen des Druckzylinders 20.
Diese Durchbiegungsverformung des Druckzylinders 20
tritt in der in Fig. 15 gezeigten Form auf. Wenn jedoch als
Gegenmaßnahme für die Ungleichförmigkeit der Andruckkraft
z. B. der Zylinderdurchmesser vergrößert wird, um die Durch
biegungsfestigkeit zu erhöhen, ergibt sich ein anderes
Problem in Form einer Vergrößerung der Maße des Druck
zylinders sowie der Hilfs- oder Zusatzausrüstung, wie Lager
und dgl.; außerdem muß die Leistung eines Motors als
Antriebseinrichtung erhöht werden, und auch die Abmessungen
der gesamten Druckmaschine vergrößern sich.
Im Hinblick auf eine herkömmliche, in Fig. 12 gezeigte
Druckmaschine, die zur Ermöglichung eines Druckens mit hoher
Güte und hoher Betriebsgeschwindigkeit bei kompakter Bauweise
und geringem Gewicht der gesamten Druckmaschine bereits in
gewisser Weise verbessert worden ist, liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine weitere Möglichkeit, um den derzeiti
gen Kundenforderungen zu genügen, bereitzustellen, nämlich
einen in seiner axialen Länge verlängerten Druckzylinder zu
schaffen, dessen Durchmesser unverändert bleibt, so daß keine
Vergrößerung der Maße von Zusatzausrüstung, wie Lager usw.,
und auch keine Leistungserhöhung einer Antriebseinrichtung
erforderlich ist, die eine Vergrößerung der gesamten Druck
maschine bedingen. Mit einem solchen Druckzylinder kann die
Zahl der pro Umdrehung des Gummituchzylinders gedruckten
(z. B. Buch-)Seiten vergrößert werden; außerdem kann damit der
Flächenanteil eines unbedruckten Bereichs (Papierverlust
anteil) an jedem Seitenrand der Papierbahn verkleinert
werden. Auf diese Weise werden eine erhöhte Produktions
leistung erzielt, eine effektiv arbeitende Buchbindestraße
ermöglicht und der Einfluß einer Durchbiegungsverformung auf
ein Druckerzeugnis als Folge einer Verlängerung des Druck
zylinders vermindert.
Die Lösung der obigen Aufgabe gelingt mit einem Druck
zylinder zur Verwendung in einer Druckmaschine, beispiels
weise in einer Farbwalzengruppe, als Plattenzylinder oder als
Gummituchzylinder, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der
Druckzylinder (je) eine einen Nutsohlenteil aufweisende
Ringnut aufweist, die konzentrisch zum Druckzylinder geformt
und in dessen Axialrichtung von jeder Stirnfläche des Druck
zylinders her eingestochen ist.
Die Tiefe des Nutsohlenteils der axial eingestochenen
Ringnut bzw. die Länge der Ringnut in der Axialrichtung wird
- obgleich sie entsprechend den Konstruktionsbedingungen des
Druckzylinders variieren kann - in der Praxis mit etwa 1/4
bis 1/3 der Gesamtlänge des Druckzylinders gewählt, wobei
jeder Nutsohlenteil vorzugsweise in der Axialrichtung relativ
zur Mittellinie (central portion) des Druckzylinders symme
trisch angeordnet ist. Die Ringnut ist zweckmäßig, wenn sie
in einer solchen Radialposition angeordnet ist, daß eine
Dicke des Außenumfangsteils des Druckzylinders etwa 5-10%
seines Außendurchmessers entspricht.
Infolgedessen entstehen beim erfindungsgemäßen Druck
zylinder die Durchbiegungsverformung in seinem Mittelbereich
und an seinen beiden Seiten-Endabschnitten aufgrund der beim
Drucken auf den Druckzylinder einwirkenden Andruckkraft und
die auf die Lagerteile wirkende Gegenwirkkraft in der Weise,
daß sie einander aufheben und sich gegenseitig ausgleichen.
Infolgedessen können durch die Durchbiegung des Druck
zylinders in seinem Mittelbereich und an seinen beiden End
abschnitten hervorgerufene unregelmäßige Änderungen in der
axialen Andruckkraft verringert sein.
Beim Druckzylinder des gleichen Durchmessers (wie
bisher), der mittels der bisher eingesetzten Zusatzausrüstung
und Antriebseinheit angetrieben werden kann, ist somit seine
axiale Länge so vergrößert, daß die für das Drucken nutzbare
Breite des Druckzylinders vergrößert ist. Folglich kann die
Zahl der pro Umdrehung des Gummituchzylinders gedruckten
Seiten vergrößert sein, wobei sich zudem die oben angegebenen
Vorteile ergeben.
Trotz der Vergrößerung der (axialen) Länge des Druck
zylinders kann der Einfluß einer Durchbiegungsverformung auf
den Druck bzw. das Druckerzeugnis gemildert sein und können
auch Druckmängel im Druckerzeugnis vermieden werden, so daß
ein hochqualitatives Druckerzeugnis erhalten wird.
Beim erfindungsgemäßen Druckzylinder ist ferner der
tiefste Teil bzw. der Nutsohlenteil der konzentrisch in der
Axialrichtung in den Druckzylinder eingestochenen Ringnut
sphärisch bzw. kalottenförmig ohne (scharf abgewinkelten)
Randteil geformt, so daß eine Spannungskonzentration (in
diesem Bereich) vermieden wird.
Die sphärische Form kann in einer Rundung des distalen
Endes bzw. Innenendes der Ringnut oder in einem sphärischen
Bereich im Raum um das Innenende herum, welcher Bereich
breiter ist als die Ringnut selbst, oder in irgendeiner
anderen Form bestehen, mit der Rißbildung, Brüche und dgl.
infolge von Metallermüdung aufgrund von (mechanischer)
Spannungskonzentration im tiefsten Bereich der Ringnut
verhindert werden können.
Beim erfindungsgemäßen Druckzylinder kann demzufolge
beim Drucken, d. h. bei Ausübung einer Andruckkraft auf den
Druckzylinder, eine Spannungskonzentration am tiefsten
Bereich der Ringnut gemildert bzw. verringert sein, so daß
vom Nutsohlenteil der Ringnut ausgehende Risse oder Brüche,
als Folge wiederholter Belastung des Druckzylinders, ver
mieden werden können. Hierdurch wird eine langfristige
Erhaltung oder erhöhte Standfestigkeit des Druckzylinders,
der mit hoher Genauigkeit zu drucken vermag, erzielt.
Beim erfindungsgemäßen Druckzylinder ist ferner ein
elastisches Material in den Raum innerhalb der konzentrisch
in der Axialrichtung in den Druckzylinder eingestochenen
Ringnut eingefüllt.
Das elastische Material kann zweckmäßig ein Gummi sein,
der eine schnelle, konzentrisch zum Druckzylinder auftretende
Durchbiegungsverformung zu mildern, d. h. zu dämpfen und damit
Stöße bzw. Schwingung (shocks) zu verringern vermag.
Beim erfindungsgemäßen Druckzylinder kann mithin dessen
Durchbiegungsverformung beim Druckvorgang, wenn der Druck
zylinder mit einer Andruckkraft beaufschlagt ist, verkleinert
sein; insbesondere kann radiale (Schwingungs-)Bewegung des
Druckzylinders gedämpft sein. Infolgedessen können Brüche des
Druckzylinders als Folge wiederholter Belastung desselben
vermieden werden, so daß der zum Drucken mit hoher Genauig
keit befähigte Druckzylinder eine lange Betriebslebensdauer
gewährleisten kann.
Der erfindungsgemäße Druckzylinder ist speziell ein
Gummituchzylinder, bei dem ein manschettenartiger Außen
zylinder, etwa ein zylindrisches Gummituch o. dgl., an der
Zylinder-Mantelfläche anbringbar und von ihr abnehmbar ist.
Dabei sind eine die Ringnut in der Radialrichtung passierende
Luftblasöffnung bzw. -bohrung, die an der Zylinder-Mantel
fläche mündet, und (je) eine Dichtungsvorrichtung zum
Abdichten bzw. Verschließen der Öffnung der Ringnut an jeder
Stirnfläche des Druckzylinders vorgesehen.
Beim erfindungsgemäßen Druckzylinder kann damit die
Ausblasleistung der Druckluft, die beim Anbringen oder
Abnehmen des manschettenartigen Gummituchs an bzw. von der
Zylinder-Mantelfläche in den Spalt bzw. Raum zwischen der
Gummituch-Innenumfangsfläche und der Zylinder-Mantelfläche
eingeführt wird, unter Vermeidung eines Austritts der
Druckluft über die Öffnung jeder Ringnut in den Stirnflächen
des Druckzylinders aufrechterhalten bleiben, obgleich die
Ringnut zur Verhinderung einer Durchbiegung (oder Auslenkung)
als Folge der Verlängerung des Druckzylinders vorgesehen ist.
Durch Druckbeaufschlagung der Innenumfangsfläche(nseite) des
Gummituchs kann somit dieses - wie beim Gummituchzylinder
ohne Ringnut - aufgeweitet werden, wodurch sein Anbringen und
Abnehmen an der bzw. von der Zylinder-Mantelfläche erleich
tert wird.
Mit dem oben umrissenen Druckzylinder gemäß der Erfin
dung lassen sich die folgenden Wirkungen bzw. Vorteile
erzielen:
Da in jeder axialen Seite (Stirnfläche) des Druckzylin ders eine ringförmige Nut einer vorbestimmten Tiefe einge stochen ist, kann dann, wenn Durchbiegungen des Mittel bereichs und der beiden Seitenbereiche des Druckzylinders infolge des Berührungsdrucks zwischen aneinander anliegenden Druckzylindern in zueinander entgegengesetzter Richtung wirken, die Differenz der in der Breitenrichtung des Druckzylinders auftretenden Durchbiegungsverformung erheblich verringert sein; infolgedessen können eine gleichmäßige Andruckkraft in der Breitenrichtung erzielt werden und die Gesamtlänge des Druckzylinders vergrößert sein, auch wenn der Druckzylinder den gleichen Durchmesser wie der herkömmliche Druckzylinder aufweist. Hierdurch wird folgendes gewähr leistet:
Da in jeder axialen Seite (Stirnfläche) des Druckzylin ders eine ringförmige Nut einer vorbestimmten Tiefe einge stochen ist, kann dann, wenn Durchbiegungen des Mittel bereichs und der beiden Seitenbereiche des Druckzylinders infolge des Berührungsdrucks zwischen aneinander anliegenden Druckzylindern in zueinander entgegengesetzter Richtung wirken, die Differenz der in der Breitenrichtung des Druckzylinders auftretenden Durchbiegungsverformung erheblich verringert sein; infolgedessen können eine gleichmäßige Andruckkraft in der Breitenrichtung erzielt werden und die Gesamtlänge des Druckzylinders vergrößert sein, auch wenn der Druckzylinder den gleichen Durchmesser wie der herkömmliche Druckzylinder aufweist. Hierdurch wird folgendes gewähr leistet:
- 1. Die Zahl der pro Umdrehung des Plattenzylinders (aus)druckbaren Seiten kann vergrößert sein.
- 2. Da die Bahnbreite vergrößert sein kann, kann der Papier verlustanteil an den Seitenrändern des Papiers, bezogen auf die Papieroberfläche, verkleinert sein.
- 3. Bindefalze ergeben sich für eine größere Seitenzahl; damit kann eine nachgeschaltete Buchbindestraße effektiver arbeiten.
- 4. Da die Durchbiegungsverformung reduziert ist, können bei einem Druckzylinder der gleichen axialen Länge die Lager weiter außen angeordnet sein; zudem werden (maschinelle) Fertigung, Montage und Wartung vereinfacht.
- 5. Es können eine Verbesserung der Druckgüte und eine Erhöhung der Produktionsleistung durch Hochgeschwindig keitsbetrieb realisiert werden.
- 6. Der Druckzylinder kann einem weiten Bereich von Einsatz zwecken, z. B. als Leitwalze, Farbwalze (feed rollers) einer Farbauftragwalzengruppe und verschiedene andere Walzen zugeführt werden, ohne auf Druckzylinder (allgemein) beschränkt zu sein.
Da der tiefste Teil der konzentrisch in der Axial
richtung eingestochenen Ringnut zur Herabsetzung einer
Spannungskonzentration in diesem Bereich sphärisch bzw.
kalottenartig geformt ist und keine (scharf abgewinkelten)
Rand- oder Kantenteile aufweist und in den Spalt bzw. Raum
innerhalb der Ringnut ein elastisches Material eingefüllt
ist, wird folgendes erreicht:
- 7. Durch die Ausbildung der Ringnut im Druckzylinder kann eine hervorgerufene Spannungskonzentration absorbiert und gemildert werden, und radiale Schwingung kann unterdrückt sein. Infolgedessen werden eine Verbesserung der Druckgüte in vielfacher Hinsicht erzielt und die Haltbarkeit bzw. Stand festigkeit des Zylinders (Erhaltung der Druck-Genauigkeit) erhöht.
Bei Verwendung des Druckzylinders als Gummituchzylinder,
bei dem ein manschettenartiger Außenzylinder an der Zylinder-
Mantelfläche anbringbar und von ihr abnehmbar ist und bei dem
eine die Ringnut in der Radialrichtung des Zylinders passie
rende und an der Zylinder-Mantelfläche mündende Luftblas
bohrung sowie eine Dichtungsvorrichtung zum Abdichten
(Verschließen) der Öffnung der Ringnut an jeder Stirnfläche
des Druckzylinders vorgesehen sind, ergibt sich folgendes:
- 8. Da die Luft eingeschlossen ist, kann die Ausblasfunktion der Druckluft zur Bildung eines Luftfilms beim Anbringen (Aufziehen) oder Abnehmen (Abziehen) des zylindrischen Gummituchs erhalten bleiben, wodurch diese Arbeitsgänge erleichtert werden; im normalen Druckbetrieb bleibt zudem das Gummituch in inniger Anlage gegen den Gummituchzylinder, so daß kein Schlupf auftritt.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Darstellungen eines Druckzylinders gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
wobei im einzelnen zeigen: Fig. 1(a) eine teilweise
im Längsschnitt gehaltene Seitenansicht und Fig.
1(b) eine Stirnseitenansicht, in Richtung der
Pfeile A-A in Fig. 1(a) gesehen,
Fig. 2 eine Längsschnittansicht des Druckzylinders nach
Fig. 1 zur Veranschaulichung eines Belastungs
zustands an diesem,
Fig. 3 eine schematische Teildarstellung zur Veranschau
lichung einer Axialrichtungs-Durchbiegungsver
formung des Druckzylinders nach Fig. 1,
Fig. 4 eine graphische Darstellung einer Beziehung
zwischen der Tiefe einer im Druckzylinder nach Fig.
1 vorgesehenen Ringnut und der Durchbiegungs
differenz zwischen dem Mittelbereich und den beiden
Endbereichen des Druckzylinders unter Zugrunde
legung des Innendurchmessers der Ringnut als
Parameter,
Fig. 5 eine Teil-Längsschnittansicht eines Endabschnitts
eines Druckzylinders gemäß einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine Teil-Längsschnittansicht eines Endabschnitts
eines Druckzylinders gemäß einer dritten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 eine Teil-Längsschnittansicht eines Endabschnitts
eines Druckzylinders gemäß einer vierten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 8 eine Teil-Längsschnittansicht eines Endabschnitts
eines Druckzylinders gemäß einer fünften
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 9 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Dar
stellung zur Verdeutlichung eines Fertigungs
vorgangs am Druckzylinder nach Fig. 1, wobei Fig.
9(a) und Fig. 9(b) ein erstes bzw. zweites Beispiel
veranschaulichen,
Fig. 10 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Dar
stellung zur Verdeutlichung eines Fertigungs
vorgangs am Druckzylinder nach Fig. 1, wobei Fig.
10(a) und Fig. 10(b) ein drittes bzw. viertes
Beispiel veranschaulichen,
Fig. 11 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Dar
stellung eines Endabschnitts bei einem fünften
Beispiel zur Verdeutlichung eines Fertigungs
vorgangs am Druckzylinder nach Fig. 1,
Fig. 12 eine veranschaulichende Darstellung eines Beispiels
der Anordnung von Druckzylindern als Teil einer
Druckmaschine,
Fig. 13 eine Teil-Längsschnittdarstellung eines Endab
schnitts eines herkömmlichen Gummituchzylinders,
Fig. 14 eine Draufsicht auf eine Papierbahn und einen
Druckzylinder zur Verdeutlichung eines Beispiels
einer Kundenforderungstendenz bei einer Druck
maschine und
Fig. 15 eine schematische Teildarstellung zur Verdeutli
chung einer bei einem Druckzylinder auftretenden
Durchbiegungstendenz, die durch eine auf einen
herkömmlichen Druckzylinder wirkende Druckkraft
hervorgerufen wird.
Gemäß den Fig. 1(a) und 1(b) ist bei einem Druckzylinder
20 gemäß einer ersten Ausführungsform je eine umlaufende,
ringförmige Öffnung in jedem Endabschnitt eines Zylinder
körpers 2 einer Länge L₁ vorgesehen. Dabei ist eine Ringnut
25 so geformt, daß ihr Sohlenteil in der Axialrichtung in
einer vorbestimmten Tiefe l von der betreffenden Öffnung aus
liegt.
Durch die im Zylinderkörper 22, auf den eine Andruck
kraft einwirkt, des Druckzylinders 20 geformte Ringnut 25
werden folgende Wirkungen erzielt:
Wenn gemäß Fig. 2 die Länge des Zylinderkörpers 22
gleich L, die Länge eines Endes einer (eines) Achse bzw.
Achsstummels 21 gleich a, die Tiefe der von der einen
Stirnfläche 24 des Zylinderkörpers 22 in der Axialrichtung
eingestochenen Ringnut 25 gleich l, eine auf den Zylinder
körper 22 wirkende gleichmäßig verteilte Belastung gleich w
und die auf den einen Endabschnitt der Achse 21 wirkende
Drehpunktgegenwirkkraft gleich RA sind, ergibt sich das eine
(Durch-)Biegung bewirkende Moment M nach den folgenden
allgemeinen Formeln (Gleichungen) (1) bis (3):
Dies gilt unter der Voraussetzung, daß x, das kleiner
als L/2 und größer als 0 ist, auf den Koordinaten in der
Axialrichtung des Druckzylinders 20 liegt, wobei der Ur
sprungsort die Mittellinie CL (Punkt B) des Zylinderkörpers
22 ist.
Da in obiger Gleichung (3) x kleiner ist als L/2, ist
(L²-4x²) stets eine positive Größe, und das zusammengesetzte
Moment Mx ist oder wird in jedem Fall positiv.
Wenn jedoch l mit einer vorbestimmten Länge gegeben ist,
d. h. in dem Abschnitt oder Bereich eines Außenzylinders des
Zylinderkörpers 22, wo die Ringnut 25 vorgesehen ist, ent
steht ein Moment w, doch wird kein Moment durch die Dreh
punktgegenwirkkraft RA erzeugt. An der Achse 21 wird ein
Moment durch RA erzeugt, doch ist kein Moment aufgrund der
gleichmäßig verteilten Belastung w vorhanden.
Aus obigen Ausführungen geht hervor, daß die Ringnut 25
eine Wirkung zur Milderung oder Unterdrückung des Einflusses
der Drehpunktgegenwirkkraft RA, die in dem die eingestochene
Ringnut 25 aufweisenden Bereich des Zylinderkörpers 22
erzeugt wird bzw. entsteht, auf das Moment Mx hat.
Nebenbei bemerkt, ist der Druckzylinder 20 einer in Fig.
3 veranschaulichten Durchbiegungsverformung (deflection
deformation) aufgrund der Momente Mxw und MxRA nach den
Gleichungen (1) bzw. (2) unterworfen.
Nachstehend ist für das Beispiel eines gewöhnlichen
Druckzylinders 20 ein Modellberechnungsbeispiel für die
Durchbiegungsverformung am Punkt A der Stirnfläche des
Zylinderkörpers 22 und am Punkt B von dessen Mittellinie CL
(vgl. Fig. 2) angegeben.
Wenn eine Berechnung durchgeführt wird mit: L = 1500 mm,
w = 0,67 kg/mm, a = 1000 mm, ΦD₁ = 80 mm, ΦD₃ = 170 mm, ΦD₂ =
ΦD₄ = 80-110 mm, 150 mm und 160 mm, ergibt sich die
Differenz δ der Durchbiegungsverformung zwischen den Punkten
A und B auf die in Fig. 4 gezeigte Weise.
Wenn nämlich - bezogen auf die Form und Belastungs
bedingung des Druckzylinders 20 - der Innendurchmesser ΦD₂
und der Außendurchmesser ΦD₄ der Ringnut 25 ΦD₂ = ΦD₄ =
150-160 mm betragen und die Tiefe l der Ringnut 25 gleich l = 500-600
mm ist, werden die Durchbiegungsgrößen am Punkt A des
Endabschnitts des Zylinderkörpers 22 und am Punkt B seines
Mittelbereichs einander ungefähr gleich; dabei besteht ein(e)
Punkt bzw. Stelle, wo die Differenz δ der Durchbiegungs
verformung zu Null wird.
Wenn nämlich die Ringnut 25 mit einer Tiefe l von etwa
1/4-1/3 der Länge L des Zylinderkörpers 22 eingestochen ist
oder wird, zeigt es sich, daß die Durchbiegungsgrößen am
Punkt A des Endabschnitts des Zylinderkörpers 22 bzw. am
Punkt B seines Mittelbereichs jeweils etwa gleich groß werden
und auch die Andruckkraft in der Axialrichtung des Zylinder
körpers 22 ungefähr gleich (groß) wird, so daß damit eine
praktisch günstige Wirkung zu erwarten ist.
Ferner kann die Dicke des Außenzylinderteils des
Zylinderkörpers 22, wo die Ringnut 25 vorgesehen ist, unter
Berücksichtigung der Durchbiegungsgröße des Außenzylinders
und der Steifheit eines Wellen- oder Achsteils des Zylinder
körpers 22 an der Innenumfangsseite der Ringnut 25 bestimmt
werden; diese (Dicke) ist praktisch günstig, wenn sie mit
etwa 5-10% des Außendurchmessers (ΦD₃) des Zylinderkörpers
22 gewählt wird.
Ein Gummituchzylinder 26 gemäß einer zweiten Ausfüh
rungsform (der Erfindung) ist in Fig. 5 dargestellt. Wie für
den Stand der Technik nach Fig. 13 beschrieben, ist dabei
ebenfalls zur Erleichterung des Anbringens (Aufziehens) und
Abnehmens (Abziehens) eines zylindrischen Gummituchs an bzw.
von der Mantelfläche des Gummituchzylinders 26 eine durch
gehende Bohrung 28 durch den Mittelachsteil des Gummituch
zylinders 26 vorgesehen, und eine Luft(aus)blasbohrung 29,
welche die (durchgehende) Bohrung 28 mit der Mantelfläche des
Gummituchzylinders 26 verbindet, ist in der Radialrichtung an
einer Stelle nahe jedem Achsendabschnitt des Gummituch
zylinders 26 geformt.
Wenn jedoch in diesem Fall eine anhand von Fig. 1
beschriebene Ringnut 25, wie in Fig. 5 gezeigt, in den
Gummituchzylinder 26 eingestochen ist, verläuft die Luft
blasbohrung 29 radial über die Ringnut 25, wobei Druckluft,
die beim Anbringen und Abnehmen des Gummituchs 27 in einen
Spalt oder Zwischenraum zwischen dem Gummituchzylinder 26 und
dem zylindrischen Gummituch 27 eingeblasen werden soll, aus
einer Öffnung (Mündung) der Ringnut 25 an jeder Stirnfläche
25 des Gummituchzylinders 26 herausdringt, so daß die Wirkung
der Bildung eines Luftfilms im Spalt zwischen der Mantel
fläche des Gummituchs 27 und der Mantelfläche des Gummi
tuchzylinders 26 verlorengeht.
Bei dieser Ausführungsform ist daher am Öffnungsteil der
Ringnut 25 in jeder Stirnfläche des Gummituchzylinders 26 je
ein O-Ring 30 mittels eines O-Ringhalters 31 eingesetzt, so
daß der an der Stirnfläche 24 des Zylinderkörpers offene
Öffnungsteil abgedichtet bzw. verschlossen ist.
Anstelle des O-Rings 30 können auch andere Dichtungs
glieder, etwa eine Sitz-Dichtungspackung o. dgl. verwendet
werden, sofern dabei die für die erste Ausführungsform
angegebene Funktion und Wirkung durch die Ringnut 25
gewährleistet wird und ein Austritt von Druckluft aus der
Öffnung bzw. Mündung der Ringnut 25 beim Anbringen und
Abnehmen des zylindrischen Gummituchs 27 verhindert werden
kann.
Beim Gummituchzylinder 26 gemäß dieser Ausführungsform
fungiert die Ringnut 25 auf die gleiche Weise, wie für die
erste Ausführungsform beschrieben, unter Gewährleistung der
gleichen Wirkung bei Verhinderung eines Austritts der über
die durchgehende Bohrung 28 im Mittelachsteil zugeführten
Druckluft. Damit wird der gleiche Vorteil der Verwendung
eines zylindrischen Gummituchs 27, wie für den herkömmlichen
Gummituchzylinder 3 nach Fig. 13 beschrieben, erzielt,
nämlich daß Anbringen und Abnehmen des zylindrischen
Gummituchs 27 einfach vorgenommen werden können und eine
Druckmaschine, die mit hoher Güte zu drucken und im Hoch
geschwindigkeitsbetrieb zu arbeiten vermag, bereitgestellt
wird.
Bei einer in Fig. 6 gezeigten dritten Ausführungsform
ist die Erfindung, wie bei der zweiten Ausführungsform nach
Fig. 5, auf einen Gummituchzylinder 26 angewandt, an (von)
dessen Mantelfläche ein zylindrisches Gummituch 27 anbringbar
bzw. abnehmbar ist.
Bei dieser Ausführungsform sind am Öffnungs- oder
Mündungsteil der Ringnut 25 in jeder Stirnfläche 24 des
Gummituchzylinders 26 zwei Ringe 33 und 34 mittels eines
Flansches 32 angesetzt, um einen Druckluftaustritt zu
verhindern.
Bei dieser Ausführungsform kann neben der Funktion und
Wirkung bei der zweiten Ausführungsform ferner erreicht
werden, daß das Verschließen des Öffnungsteils der Ringnut 25
sicherer erfolgen und das Anbringen und Abnehmen des
zylindrischen Gummituchs 27 noch einfacher geschehen kann.
Fig. 7 ist eine Teilschnittansicht eines Endabschnitts
eines Druckzylinders 20 gemäß einer vierten Ausführungsform.
Dabei ist der tiefste Bereich bzw. der Nutsohlenteil der
axial in den Druckzylinder 20 eingestochenen Ringnut 25 mit
einem Radius R sphärisch bzw. als Kalotte (sphere) 35
geformt, so daß kein (scharf abgewinkelter) Rand- oder
Kantenbereich vorhanden ist.
Da hierbei der tiefste Bereich der Ringnut 25 als
Kalotte 25 ausgebildet ist, kann eine durch die
Durchbiegungsverformung des Druckzylinders 20 hervorgerufene
(mechanische) Spannungskonzentration am bzw. im Nutsohlenteil
gemildert sein oder werden, und eine mit Metallermüdung und
dgl. einhergehende Riß- oder Bruchbildung am Zylinderkörper
22, ausgehend vom Nutsohlenteil, kann beseitigt sein, so daß
die Druckgenauigkeit bzw. -güte über einen langen Zeitraum
hinweg erhalten bleiben kann (verbesserte Haltbarkeit).
Beim sphärischen Ausarbeiten des tiefsten Bereichs kann
zudem eine Kalotte (sphere) 35′ einer die Breite der Ringnut
25 übersteigenden Weite im Zylinderkörper 22 geformt werden;
hierdurch können die oben angegebenen Vorteile noch sicherer
gewährleistet werden.
Fig. 8 ist eine Teilschnittansicht eines Endabschnitts
eines Druckzylinders 20 gemäß einer fünften Ausführungsform.
Dabei ist ein elastisches Material 36, wie Gummi o. dgl., in
den Spalt (Raum) in der axial in den Zylinderkörper 22 des
Druckzylinders 20 eingestochenen Ringnut 25 eingefüllt.
Durch dieses elastische Material 36 können schnelle
Änderungen der Durchbiegungsverformung des Druckzylinders 20
gemildert und insbesondere möglicherweise in der Radial
richtung des Druckzylinders 20 auftretende Stöße (Schwingung)
wirksam reduziert werden, wodurch - wie im Fall der vierten
Ausführungsform - die Haltbarkeit des Druckzylinders 20
erhöht werden kann.
Wenn weiterhin diese Ausführungsform auf den Gummi
tuchzylinder 26 mit der radialen Luftblasbohrung 29 gemäß
zweiter und dritter Ausführungsform (Fig. 5 bzw. 6) angewandt
wird, ist ohne Verwendung der dort nötigen O-Ringe 30, 33,
34, des O-Ringhalters 31 und des Flansches 32 die Öffnung
bzw. Mündung der Ringnut 25 in der Stirnfläche des Zylinder
körpers verschlossen, so daß ein Ausströmen von Druckluft
beim Anbringen und Abnehmen des zylindrischen Gummituchs 27
vermieden werden kann.
Obgleich vorstehend verschiedene Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Druckzylinders 20 beschrieben sind, sind
dessen Merkmale je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck
teilweise oder in Kombination, abgesehen von den Druckzylin
dern nach den Fig. 5 und 6, auf eine Farbauftragwalzengruppe,
einen Plattenzylinder, einen Gummituchzylinder und dgl.
übertragbar.
Im folgenden ist zusätzlich der Vorgang der Ausbildung
der Ringnut 25 im Zylinderkörper 22 des Druckzylinders 20
beschrieben.
Fig. 9(a) zeigt ein erstes Beispiel dieses Vorgangs,
wobei jeder Endabschnitt des Zylinderkörpers 22 des Druck
zylinders 20 mit einem kleineren Durchmesser Φd als der
Durchmesser ΦD₃ des Zylinderkörpers 22 geformt und eine Hülse
oder Manschette 37 mit einem innenseitigen abgestuften Ab
schnitt entsprechend einer vorbestimmten Nutbreite h und
-tiefe l um den Außenumfang des dünneren Abschnitts des
Zylinderkörpers aufgesetzt wird. Anschließend wird der
Verbindungs- bzw. Fugenabschnitt zwischen dem Ende der
Manschette 37 und dem den Durchmesser ΦD₃ besitzenden Ab
schnitt des Zylinderkörpers 22 um den gesamten Umfang herum
verschweißt. Hierauf wird zur Korrektur eines Schweißverzugs
o. dgl. der Außenumfang der Manschette 37 und des Zylinder
körpers 22 auf einer Achse 21 als Bezugsdrehachse durch
spanendes Abdrehen oder Schleifen bearbeitet, so daß ein
fugenloser, echt kreisförmiger Druckzylinder 20 gebildet
wird.
Beim zweiten Beispiel dieses Vorgangs gemäß Fig. 9(b)
wird ein der Ringnut 25 entsprechender Abschnitt einer
vorbestimmten Nutbreite h und -länge l in den dünneren
Abschnitt des Zylinderkörpers 22 eingestochen; sodann kann
eine Hülse oder Manschette 37′ ohne innenseitigen abgestuften
Abschnitt aufgesetzt werden, so daß auf gleiche Weise, wie
beim ersten Beispiel, ein Druckzylinder 20 erhalten wird.
Fig. 10(a) zeigt ein drittes Beispiel des Vorgangs,
wobei ein(e) dünnere(r) Achse oder Achsstummel zur Ausbildung
eines abgestuften Abschnitts entsprechend einer vorbestimmten
Nutbreite h und -länge l an jedem Endabschnitt des Zylinder
körpers 22 bearbeitet und sodann ein(e) lineare(r) Manschette
(Zylinder) 38 ohne abgestuften Abschnitt an der Innenseite
und mit einer Länge entsprechend der des Zylinderkörpers 22
auf diesen aufgepreßt wird, so daß damit ein Druckzylinder 20
erhalten wird. Durch Aufschrumpfverbindung kann dabei ein
echt kreisrunder Druckzylinder 20 ohne Verbindungs- oder
Fugenbereich in seiner druckenden Mantelfläche auf dem
Zylinderkörper 22 geformt werden.
Beim vierten Beispiel dieses Vorgangs gemäß Fig. 10(b)
werden eine dünnere Achse eines Durchmessers entsprechend dem
Innendurchmesser der Ringnut 25 vorgesehen und eine Man
schette 37′ mit je einem innenseitigen abgestuften Abschnitt
entsprechend einer vorbestimmten Nutbreite h und -tiefe l an
jedem Endabschnitt auf den Zylinderkörper aufgeschrumpft, so
daß wiederum ein entsprechender Druckzylinder 20 erhalten
wird.
Fig. 11 veranschaulicht ein fünftes Beispiel des
Fertigungs-Vorgangs, bei dem die Ringnut 25 auf einer
Drehbank mittels eines Drehstahls 39 eingestochen wird.
Claims (7)
1. Druckzylinder (20) zur Verwendung in einer Druck
maschine, beispielsweise in einer Farbwalzengruppe, als
Plattenzylinder oder als Gummituchzylinder (26), dadurch
gekennzeichnet, daß der Druckzylinder (20) (je) eine einen
Nutsohlenteil aufweisende Ringnut aufweist, die konzentrisch
zum Druckzylinder (20) geformt und in dessen Axialrichtung
von jeder Stirnfläche (24) des Druckzylinders (20) her
eingestochen ist.
2. Druckzylinder (20) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ringnut (25) von jeder Stirnfläche
(24) des Druckzylinders (20) aus in der Axialrichtung mit
einer Länge entsprechend 1/4 bis 1/3 der Gesamtlänge (L) des
Druckzylinders (20) eingestochen ist.
3. Druckzylinder (20) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ringnut in einer Radialposition
eingestochen ist, so daß eine Dicke bzw. Wandstärke eines
ringförmigen Außenzylinderteils 5-10% eines Außendurch
messers (ΦD₃) des Druckzylinders beträgt.
4. Druckzylinder (20) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß am Nutsohlenteil der in der Axialrichtung
eingestochenen Ringnut (25) ein kugelförmiger Bereich bzw.
eine Kalotte (sphere) (35) zur Milderung einer (mechanischen)
Spannungskonzentration geformt ist.
5. Druckzylinder (20) nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der bzw. die am Nutsohlenteil geformte
kugelförmige Bereich bzw. Kalotte (sphere) (35) einen Raum
bildet, der größer ist als eine Nutbreite (h) der Ringnut.
6. Druckzylinder (20) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die in der Axialrichtung eingestochene
Ringnut (25) mit einem elastischen Material (36) gefüllt ist.
7. Druckzylinder (20) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß er einen an seiner Mantelfläche mit einem
manschettenförmigen Gummituch (27) belegten Gummituchzylinder
(26) umfaßt, bei dem eine die Ringnut (25) in der Radial
richtung passierende und an der Mantelfläche mündende
Luft(aus)blasbohrung (29) und eine Dichtungsvorrichtung zum
Abdichten oder Verschließen einer Öffnung der Ringnut (25) an
jeder Stirnfläche (24) des Druckzylinders (20) vorgesehen
sind.
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