DE19747040A1 - Luftpolsterführung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Luftpolsterführung für bogen- oder bahnförmigen
Materialien, insbesondere für bedruckte Papierbögen in einer Druckmaschine, bei
der sich das geführte bogen- oder bahnförmige Material auf einem Tragluftpolster
über mindestens einem Leitkörper mit Düsenöffnungen abstützt, durch die Luft
zwischen den Leitkörpern und das geführte Material geblasen wird. Solche
Luftpolsterführungen sind beispielsweise in der DE 44 27 448 A1 sowie der DE 42 42 730 A1
beschrieben. Sie werden in unterschiedlichster Form und Ausgestaltung
unter anderem dazu benutzt, um die frisch bedruckten und noch feuchten
Papierbögen im Ausleger von zum Beispiel Offsetdruckmaschinen berührungslos
vom Druckwerk zum Auslagestapel oder in Bogenwendeeinrichtungen, an
Bogenübergabetrommeln o. ä. den Bogen zwischen zwei Druckzylindern zu
transportieren. Hierbei tritt das Problem auf, daß je nach Druckauftrag sehr
unterschiedliche zum Teil beidseitig bedruckte Papiersorten sicher, d. h. ohne
abzuschmieren, befördert werden müssen. Das läßt sich jedoch durch eine
Luftpolsterführung mit fester Charakteristik, die durch die Anzahl und die Form der
Düsen sowie die durch die Düsen geblasene Luftmenge bestimmt wird, nicht für alle
Papiersorten gleichermaßen gut gewährleisten.
Generell würde man annehmen, die Gefahr des Abschmierens sei um so geringer, je
größer die Schwebehöhe des Bogens über den Leitkörpern ist. Das ist jedoch nicht
ganz zutreffend. Denn bei Luftpolsterführungen, die nach dem Prinzip des
hydrodynamischen Paradoxons arbeiten, hängt die Stabilität der Führung von der
Höhe des Luftpolsters ab. Dickere Luftpolster sind instabiler, d. h. dort sind die
Rückstellkräfte, die vom Luftpolster auf den geführten Bogen bei
Abstandsänderungen ausgeübt werden, sehr viel geringer als bei
Schwebeführungen mit geringem Abstand zwischen Leitkörper und Bogen, bei
denen durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der aus den Düsen
ausströmenden Luft der geführte Bogen stabil, d. h. mit hohen Rückstellkräften
geführt wird. Letzteres ist insbesondere für dünne nachgiebige Papiere die
optimalere Lösung, während bei starren dicken Papierqualitäten ein zu geringer
Abstand zu den Leitblechen problematisch ist.
Optimal wäre es deshalb, wenn man eine Luftpolsterführung realisieren könnte, die
einen hohen Abstand des geführten Bogens und gleichzeitig eine hohe Stabilität
infolge einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der Blasluft unter dem Bogen in sich
vereinigt. Es ist jedoch ein Trugschluß, anzunehmen, man könne dies bei einem
Luftpolster, das nach dem aerodynamischen Paradoxon arbeitet, erreichen, indem
man einfach "das Gebläse aufdreht" und somit den Bogen aufgrund der größeren in
das Luftpolster eingeblasene Luftmenge anhebt. Dies wird anhand des Diagramms
nach Fig. 4 deutlich. Dort sind die Betriebszustände einer Luftpolsterführung nach
dem Stand der Technik dargestellt, und zwar zeigen dort der Graph c die
Abhängigkeit der Geschwindigkeit c des durch die Düsen in das Luftpolster
eingeblasenen Stroms und der Graph Q den Volumenstrom Q, jeweils abhängig vom
Vordruck Pv der die Düsen speisenden Kammer des Leitkörpers. Bei einer
Druckerhöhung ändern sich beide Größen ungefähr im gleichen Ausmaße, d. h. etwa
proportional zueinander. Hingegen bleibt die Schwebehöhe, wie der Graph h zeigt,
bei Druckänderungen über einen relativ großen Bereich zwischen 0,5 Millibar und 10
Millibar nahezu gleich.
Da es somit nicht möglich war, die Schwebehöhe der geführten Bögen an die
unterschiedlichen Papierqualitäten durch Steuerung des für die Luftpolsterführung
verwendeten Drucklufterzeugers einzustellen, wurden in der Vergangenheit andere
Wege beschritten. So lehrt beispielsweise die eingangs genannte DE 42 42 730 A1,
die Luftöffnungen bzw. Düsen in austauschbaren Wechselkassetten anzuordnen,
d. h. die Anpassung der Luftpolsterführung an das geführte Material wird durch einen
Kassettenaustausch bewerkstelligt. Das ist jedoch während des Betriebs der
Druckmaschine nicht möglich und läßt sich auch nicht automatisieren.
In der DE 42 09 067 A1 ist eine Bogenleiteinrichtung beschrieben, bei der die
Schwebehöhe des Bogens im Mittelabschnitt des Bogens durch zusätzliche
Blasdüsen vergrößert wird, deren Blasstrahlen senkrecht auf die Bogenoberfläche
auftreffen und diesen durch die Impulswirkung dieser zusätzlichen Luftstrahlen in der
Mitte anheben. Hierdurch läßt sich zwar möglicherweise die Schwebehöhe über die
Breite des Bogens homogenisieren, eine Änderung der Schwebehöhe insgesamt
ergibt sich jedoch nicht.
Eine Kombination von Düsen, die nach dem hydrodynamischen Paradoxon arbeiten,
und senkrecht auf die geführte Papierbahn gerichteten Blasdüsen zwecks Erhöhung
und Vergleichmäßigung der Schwebehöhe der geführten Bahn ist auch schon in der
DE 17 74 126 für bahnförmige Werkstoffe beschrieben. Aber auch dort ist keine
Möglichkeit gegeben, die Schwebehöhe beim Betrieb der Vorrichtung an
verschiedene Materialqualitäten anzupassen.
Aus der DE 20 20 430 ist es bekannt, für die Führung von bahnförmigen
Werkstoffen verwendete, nach Art eines Tragflügels geformte Leitkörper von
Luftpolsterführungen mechanisch so umzuschalten, daß sich mindestens zwei
stabile Zonen für den Abstand zwischen geführter Bahn und Leitkörper ergeben.
Dabei wird die Charakteristik des Leitkörpers so geändert, daß er einmal als
Luftkissendüse und zum anderen Tragflächendüse, d. h. nach dem
hydrodynamischen Paradoxon arbeitet. Hierbei wird jedoch der höhere Abstand des
geführten Teils, der sich aus der Luftkissencharakteristik ergibt, durch die geringere
Stabilität des durch diesen Düsentyp erzeugten Luftpolsters erkauft.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luftpolsterführung zu schaffen,
die sich auch während des Betriebs an die unterschiedlichen Eigenschaften der
geführten Materialien anpassen läßt und zwar so, daß sich insbesondere auch die
Schwebehöhe des geführten Bogens bzw. der geführten Bahn über einfache
Automatisierungsvorgänge ändern läßt, sowie ein geeignetes Verfahren hierfür
anzugeben. Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1 bzw. 18 angegebenen
Merkmalen gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich die Schwebehöhe bei einer
nach dem hydrodynamischen Paradoxon arbeitenden Luftpolsterführung nur dann
wesentlich ändern läßt, wenn die Proportionalität zwischen dem aus den Düsen
austretenden Luftvolumenstrom und der Strömungsgeschwindigkeit der Luft
zwischen dem Leitkörper und dem geführten Material aufgehoben wird. Um das zu
erreichen, werden der Luftvolumenstrom und/oder die Strömungsgeschwindigkeit
der Luft unabhängig voneinander eingestellt und damit der Quotient zwischen den
beiden genannten Größen verändert.
Über diese Maßnahme läßt sich nicht nur die Schwebehöhe des geführten Teils
unter Beibehaltung der durch das Prinzip des hydrodynamischen Paradoxons
gegebenen Stabilität auf unterschiedliche Werte einstellen. Durch gezielte
rückwirkungsfreie Veränderungen von Luftvolumenstrom und kinetischer Energie
des Tragluftpolsters läßt sich die Luftpolsterführung auch optimal an sonstige
während des Betriebs an Druckmaschinen auftretende Einflüsse anpassen-, wie
Sujet und Grad der Feuchteaufnahme des Druckbogens, auftretende Fliehkräfte,
Turbulenzen, Luftstrahlen von Heißlufttrocknern etc. Der Drucker erhält somit eine
weitere Möglichkeit, auf den geführten Bogen Einfluß zu nehmen und das Ergebnis
des Druckprozesses zu optimieren.
Eine Möglichkeit der unabhängigen Einstellung der beiden genannten Größen
voneinander besteht darin, die Anzahl der vom geführten Material bedeckten
wirksamen Düsenöffnungen zu verändern. Das geschieht beispielsweise dadurch,
daß der Leitkörper mehrere Gruppen von Düsen enthält, wobei jede Gruppe von
Düsen separat an- bzw. abschaltbar mit Blasluft versorgt ist. So können die Gruppen
von Düsen über Schaltventile an einen gemeinsamen Blasluftgenerator
angeschlossen sein, oder jede Gruppe von Düsen an einen separaten
Blasluftgenerator angeschlossen sein. Durch maschinengesteuertes Betätigen der
Schaltventile oder Aktivieren der Blasluftgeneratoren läßt sich dann der
Luftvolumenstrom unter dem geführten Material bzw. Bogen insgesamt vergrößern,
ohne daß sich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft dabei ändert. Auf diese Weise
vergrößert sich die Schwebehöhe des geführten Materials bzw. Bogens ohne
Einbuße an Stabilität der Führung.
In analoger Weise ist es möglich, die wirksamen Querschnitte einzelner
Düsenöffnungen, einzelner Gruppen von Düsenöffnung oder aller Düsenöffnungen
zu verändern, beispielsweise durch elektrisch betätigbare Klappen, Schieber oder
dergleichen. So können die Düsen klappenförmige, nachgiebige Zungen besitzen,
die zum Beispiel über elektrisch betätigbare Stellgetriebe verformt werden. Bei
geeigneter Ausbildung der Zungen als Bimetallstreifen läßt sich der Querschnitt der
Düsenöffnung auch über die Temperatur des Luftstroms verändern, oder bei leichter
Nachgiebigkeit der Zungen unter dem Einfluß der sich an den Düsen ausbildenden
Druckdifferenz.
Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzen
die Leitkörper mindestens zwei Gruppen von Düsen und die Gruppen
unterschiedliche Verbraucherkennlinien, d. h. unterschiedliche Abhängigkeiten des
von den Düsenöffnungen durchgelassenen Volumenstroms von dem an den
Düsenöffnungen anliegenden Versorgungsdruck pv. Wenn sich die
Verbraucherkennlinien um beispielsweise um mindestens einen Faktor 2
unterscheiden, läßt sich durch Steuerung des Verhältnisses der Drücke pv1, pv2
beider Düsengruppen der Quotient des insgesamt in das Luftpolster eingeblasenen
Volumenstroms Q mit der effektiv sich unter dem geführten Material ausbildenden
Strömungsgeschwindigkeit c der Tragluft und damit auch die Schwebehöhe h
beeinflussen. Der Grad der Beeinflussung ist natürlich um so größer, je
unterschiedlicher die Verbraucherkennlinien beider Gruppen von Düsen sind, so daß
es dann auch zweckmäßig wird, die Gruppen von Düsen durch unterschiedliche
Blasluftgeneratoren wie zum Beispiel Gasgebläse, Ejektoren oder Axialventilatoren
zu betreiben, die von Haus aus unterschiedliche hohe Vordrücke und
Volumenströme zur Verfügung stellen.
Die Ausführungsform der Erfindung läßt sich besonders gut automatisieren, da für
eine Steuerung der Schwebehöhe beispielsweise nur die Drehzahlen der
Blasluftgeneratoren, die die beiden Gruppen von Düsen versorgen, unabhängig
voneinander gesteuert zu werden brauchen.
Im Sinne einer möglichst einfachen Automatisierung ist es auch zweckmäßig, eine
elektrische Steuereinrichtung vorzusehen, der die Schwebehöhe des von dem
Luftpolster geführten Materials oder das Maß der Veränderung der Schwebehöhe als
Sollwert eingebbar ist und die danach Stellgrößen für die Veränderung des aus den
Düsenöffnungen ausströmenden Luftvolumens und/oder der
Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem Leitkörper und dem geführten Material
ermittelt. Hierbei kann das Ermitteln der Stellgrößen anhand von vorher
eingespeicherten ein- oder zweidimensionalen Kennlinienfeldern erfolgen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Fig. 1 bis 12b der beigefügten
Zeichnungen. Hierbei sind:
Fig. 1 eine vereinfachte Prinzipskizze, die den Ausleger einer
Bogendruckmaschine in einem Vertikalschnitt zeigt;
Fig. 2 eine im Vergleich zu Fig. 1 vergrößerte Darstellung der Bogenführung aus
Fig. 1 im Bereich des Greifers 2d;
Fig. 3 ein Diagramm, in dem typische Kennlinien eines Lufterzeugers (Gebläse)
und eines Verbrauchers dargestellt sind:
Fig. 4 ein Diagramm, in dem für eine typische Luftpolsterführung die Abhängigkeit
der Störungsgeschwindigkeit c, des Volumenstroms Q und der
Schwebehöhe h des geführten Bogens vom Vordruck pv an den Blasdüsen
dargestellt ist:
Fig. 5 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Fig. 6 eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Fig. 7a und 7b Prinzipskizzen eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei Fig. 7a
einen Teil der Fig. 7b in vergrößerter Darstellung zeigt,
Fig. 8a und 8b Skizzen von im Vergleich zu Fig. 7a und 7b alternativen
Ausführungsformen für die Änderung des Querschnitts der Düsen des dritten
Ausführungsbeispiels;
Fig. 9 die Prinzipskizze eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Fig. 10 ein Diagramm, in dem zwei unterschiedliche Paare von Erzeuger- bzw.
Verbraucherkennlinien der Luftpolsterführung nach Fig. 9 dargestellt sind.
Fig. 11 ein Diagramm, das die Schwebehöhe h des von der Luftpolsterführung
nach Fig. 9 geführten Bogens in zweidimensionaler Darstellung abhängig
von den Vordrucken pv1 und pv2 in den Kammern 116a/c bzw. 116b zeigt,
Fig. 12a eine vereinfache Prinzipskizze, die eine Luftpolsterführung gemäß der
Erfindung im Bereich einer Bogenumführtrommel zwischen zwei
Druckzylindern einer Bogendruckmaschine zeigt,
Fig. 12b die Aufsicht auf das Bogenleitblech 513b in Fig. 12a.
In Fig. 1 ist schematisch der Ausleger 1 einer Bogendruckmaschine dargestellt.
Dort werden die an Greiferbrücken 2 an der Vorderseite ergriffenen Papierbögen 4
von dem in der Figur nicht dargestellten, letzten Druckwerk über einen sogenannten
Leitkörper 3 in Richtung auf den Auslagestapel 6 befördert. Wie aus der
vergrößerten Skizze nach Fig. 2 ersichtlich, ist der Leitkörper 3 als Kasten
ausgebildet, in dessen hohles Inneres ein Gebläse 7 über eine Anschlußleitung 8
Luft einbläst und so einen Überdruck pv erzeugt, der über eine Vielzahl von
Düsenöffnungen 5 entweicht und so ein Luftpolster zwischen dem Luftkörper 3 bzw.
seiner Oberfläche und der Unterseite des darüber geführten Bogens 4 aufbaut.
Im Diagramm nach Fig. 3 sind beispielhaft die Kennlinien der beiden
wesentlichen Komponenten einer Luftpolsterführung dargestellt, nämlich der
eines typischen Lufterzeugers, d. h. eines Gebläses (Graph B) und die eines
Verbrauchers, d. h. einer Anzahl von Düsenöffnungen in einem Leitkörper (Graph
A). Aufgetragen ist jeweils der vom Erzeuger generierte Volumenstrom Q bzw.
der Volumenstrom durch den Verbraucher in Abhängigkeit vom Druck pv, d. h.
dem Druck an dem als Drossel wirkenden Verbraucher bzw. die vom Erzeuger
aufgrund der Drosselwirkung beim Verbraucher sich ergebende Druckdifferenz.
Die Kennlinie des Verbrauchers mit den als Drossel wirkenden
Düsenöffnungen (Graph A) beginnt im Nullpunkt und steigt dann an. Die
Kennlinie des Lufterzeugers (Graph B) hingegen erreicht ihren maximalen Druck,
wenn der Volumenstrom aufgrund der Drosselwirkung des Verbrauchers gegen
Null geht, d. h. in dem Falle, daß alle Düsenöffnungen geschlossen sind. Der
Betriebspunkt p1 der Luftpolsterführung ergibt sich als Schnittpunkt zwischen den
Kennlinien B des Lufterzeugers A und des Luftverbrauchers.
Wird die Leistung des Erzeugers verändert, beispielsweise durch
Drehzahländerung des Gebläses, durch eine Drosselung in der Zuleitung zum
Verbraucher oder durch einen Bypass zur Verbraucherleitung, ändert sich zwar
die Erzeugerkennlinie wie das durch die gestrichelten Graphen B' und B'' in Fig.
1 dargestellt ist. Als Betriebspunkte für die Luftpolsterführung ergeben sich
jedoch die Schnittpunkte mit der unveränderten Verbraucherkennlinie.
Entsprechend läßt sich durch eine Leistungsänderung des Gebläses wie durch
den fett gezeichneten Teil des Graphen A in der Fig. 1 dargestellt der
Volumenstrom etwa proportional zu dem an den Düsen anliegenden Druck
verändern. Da die Strömungsgeschwindigkeit ihrerseits vom Druck abhängt, wie
das in der Graphik nach Fig. 4 darstellt ist, läßt sie sich folglich durch ein Ändern
der Leistung des Gebläses bei fester Verbrauchercharakteristik die
Strömungsgeschwindigkeit nicht unabhängig vom Volumenstrom einstellen. Das
hat die schon eingangs genannten Konsequenzen für die Schwebehöhe des über
die Luftpolsterführung geführten Bogens. Der an den Düsenöffnungen des
Leitkörpers anstehende Überdruck wird unter der Annahme verlustfreier
Strömung gemäß der nachstehenden Gleichung in Strömungsgeschwindigkeit
umgesetzt:
Die beschleunigte Luft breitet sich durch die Formgebung der Düsen gleichmäßig
zwischen dem die Düsenöffnungen enthaltenen Leitkörper und dem darüber
geführten Bogen aus. Gemäß der Kontinuitätsgleichung
Q1 = Q2 (2)
wonach der Volumenstrom durch die Düsenöffnungen aufgrund des daran
anliegenden Kammerdruckes pv dem Volumenstrom Q2 unter dem Bogen
entspricht, ergibt sich für einen Querschnitt senkrecht durch die Strömung unter
dem Bogen
Q = b × h × c (3)
und somit für die Schwebehöhe
Bei den angegebenen Zusammenhängen gelten folgende
Bezeichnungen:
k = Isentropenexponent
pv = Dichte der Luft unter dem Vordruck der Kammer
p0 = Druck der Luftströmung unter dem Bogen (entspricht Atmosphärendruck)
pv = Vordruck in der Kammer
c0 = Luftgeschwindigkeit im Kasten
Q = Volumenstrom
b = Breite des Querschnittes
h = Schwebehöhe
c = Strömungsgeschwindigkeit.
k = Isentropenexponent
pv = Dichte der Luft unter dem Vordruck der Kammer
p0 = Druck der Luftströmung unter dem Bogen (entspricht Atmosphärendruck)
pv = Vordruck in der Kammer
c0 = Luftgeschwindigkeit im Kasten
Q = Volumenstrom
b = Breite des Querschnittes
h = Schwebehöhe
c = Strömungsgeschwindigkeit.
Aus dieser Abhängigkeit läßt sich erkennen, daß die Schwebehöhe einer
Luftpolsterführung nur dann verändert werden kann, wenn der Quotient aus
Volumenstrom und Strömungsgeschwindigkeit verändert wird, d. h. wenn zwar der
Volumenstrom, nicht aber gleichzeitig auch die Strömungsgeschwindigkeit erhöht
wird oder wenn der Volumenstrom deutlich überproportional zur
Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Da die Strömungsgeschwindigkeit wie schon gesagt, vom Druck pv an den
Düsenöffnungen abhängt, sollte sich dieser also, um das Ziel der Erfindung zu
erreichen, unabhängig, bzw. nicht proportional zum Volumenstrom durch die
Düsen ändern lassen. Gemäß dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird dies dadurch ermöglicht, daß die vom geführten Material
bedeckte Anzahl der wirksamen Düsenöffnungen veränderbar ist. Hierzu besteht
die Kammer 13 unter dem Leitblech 13b, die zusammen den Leitkörper einer
Luftpolsterführung bilden, aus mehreren einzelnen Kammern 16a, b. . . in deren
Luftzuführungsleitungen an der Unterseite sich jeweils ein elektrisch
ansteuerbares Ventil befindet. Die in die Bodenplatte 13a des Leitkörpers
mündenden Luftzuführungsleitungen sind mit 14a, b und c beispielhaft
bezeichnet und die zugehörigen Ventilen mit 15a, b und c. Den entsprechenden
Kammern 16a, b und c des Leitkörpers sind im Leitblech jeweils Gruppen von
Düsen zugeordnet, von denen der besseren Übersichtlichkeit halber jede
Gruppe nur als Einzeldüse 12a bis c symbolisch dargestellt ist. Versorgt werden
die Kammern 16a, 16c gemeinsam von einem drehzahlregelbaren Gebläse 17
aus. Das Gebläse 17 ist wie die Ventile 15a, 15b, 15c. . . an eine elektronische
Steuereinheit 19 angeschlossen, der vom zentralen Steuerrechner der
Druckmaschine, zu der der in Fig. 1 darstellte Ausleger gehört, die
Schwebehöhe hsoll des berührungslos geführten Bogens als Sollwert zugeleitet
wird.
Dabei arbeitet die Steuerung folgendermaßen:
Soll die Schwebehöhe zu kleineren Werten hin verändert werden, so schaltet die Steuerung 19 einige der Ventile 15 ab und verringert damit die Zahl der wirksamen Düsenöffnungen. Auf diese Weise verringert sich der Volumenstrom des in das Luftpolster eingeblasenen Gases, während gleichzeitig aufgrund der höheren Drosselwirkung der Düsenanordnung der vom Gebläse 17 erzeugte Druck ansteigt und somit auch die Strömungsgeschwindigkeit des aus den Düsen 12 austretenden Luftstroms. Auf diese Weise ergibt sich für die Luftpolsterführung im Diagramm nach Fig. 3 ein Arbeitspunkt an der mit P2 bezeichneten Stelle. Diese entspricht dem Schnittpunkt einer flacheren Verbraucherkennlinie A' mit der unveränderten Erzeugerkennlinie B. Soll nun gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit unter dem Bogen an den vorherigen Wert angeglichen werden so wird zusätzlich noch das Gebläse auf eine geringere Drehzahl geregelt, so daß sich die Erzeugerkennlinie B'' und damit ein Arbeitspunkt an der mit P3 bezeichneten Stelle im Diagramm nach Fig. 2 ergibt.
Soll die Schwebehöhe zu kleineren Werten hin verändert werden, so schaltet die Steuerung 19 einige der Ventile 15 ab und verringert damit die Zahl der wirksamen Düsenöffnungen. Auf diese Weise verringert sich der Volumenstrom des in das Luftpolster eingeblasenen Gases, während gleichzeitig aufgrund der höheren Drosselwirkung der Düsenanordnung der vom Gebläse 17 erzeugte Druck ansteigt und somit auch die Strömungsgeschwindigkeit des aus den Düsen 12 austretenden Luftstroms. Auf diese Weise ergibt sich für die Luftpolsterführung im Diagramm nach Fig. 3 ein Arbeitspunkt an der mit P2 bezeichneten Stelle. Diese entspricht dem Schnittpunkt einer flacheren Verbraucherkennlinie A' mit der unveränderten Erzeugerkennlinie B. Soll nun gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit unter dem Bogen an den vorherigen Wert angeglichen werden so wird zusätzlich noch das Gebläse auf eine geringere Drehzahl geregelt, so daß sich die Erzeugerkennlinie B'' und damit ein Arbeitspunkt an der mit P3 bezeichneten Stelle im Diagramm nach Fig. 2 ergibt.
Es ist klar, daß die Einteilung des Leitkörpers in einzelne Kammern 6 so erfolgen
muß, daß sich keine störenden Inhomogenitäten in der Schwebehöhe des
Bogens ergeben.
Während im vorhergehenden Ausführungsbeispiel einzelne Gruppen von Düsen
und damit jeweils eine diskrete Anzahl von Düsenöffnungen im Düsenleitblech
mit Blasluft versorgt und damit "wirksam" geschaltet werden, ist im nächsten
Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 die Veränderung der Zahl der wirksamen
Düsenöffnungen durch ein stufenloses arbeitendes Getriebe realisiert. Gleiche
Teile sind hier mit einer um 100 höheren Bezugsziffer versehen und werden
nicht nochmals erläutert. Hier ist die Kammer 113 des Leitkörpers durch zwei
eingesetzte Stege 115a, b in drei Abschnitte 116a, b, c unterteilt, von denen der
Mittelabschnitt 116c über eine Schlauchleitung 118 mit einem Gebläse 117
verbunden sind. Die beiden Stege 115a und 115b lassen sich gegenläufig
zueinander mit Hilfe von Gewindespindeln 114a und 114b mit Hilfe eines an die
Steuerung 119 angeschlossenen Motors 120 und Zahnriemens 110 verstellen.
Auf diese Weise läßt sich die Größe der beiden Kammern 116a und 116b
verändern, die nicht an das Gebläse 117 angeschlossen sind und somit die ihnen
zugeordneten darüber befindlichen Düsen inaktivieren.
Um den Volumenstrom und damit die Schwebehöhe des über dem Leitblech
113b geförderten Bogens zu erhöhen, werden also die Kammern 116a und 116c
durch Verschieben der Stege 115a und 115b verkleinert und umgekehrt.
Im nächsten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7a und b läßt sich der
Volumenstrom der Luftpolsterführung unabhängig von der
Strömungsgeschwindigkeit ändern, indem die Querschnitte einzelner
Düsenöffnungen bzw. Gruppen von Düsenöffnungen oder aller Düsenöffnungen
veränderbar sind. Hierzu sind im Leitblech 213b, über dem der Bogen 201
schwebt, in an sich bekannter Art und Weise Düsenöffnungen durch einen
Präge/Stanzvorgang eingebracht, so daß sich in den Leitkörper nach innen
hineinragende Zungen 212a, b, c. . . . ergeben, über die der Luftstrom des
Überdrucks in der Kammer 213 des Leitkörpers unter den geführten Bogen 201
gelangen kann. An die Unterseite der Zungen 212a, b, c. . . . aus zum Beispiel
Stahlblech sind mit Metallstreifen 214a eines anderen Materials wie zum Beispiel
Aluminium aufgeklebt, so daß sich im Bereich der beweglichen Zungen 212 der
Düsen eine Bimetalleigenschaft ergibt. Gleichzeitig ist im Zuführungsrohr 218,
das die Kammer 213 mit dem regelbaren Gebläse 217 verbindet, die Heizspirale
216 einer steuerbaren Heizung 215 eingebracht. Durch Änderung der
Heizleistung läßt sich somit die Temperatur der der Kammer 213 zugeführten Luft
ändern, wodurch sich die Zungen 212/214 der Düsen im Bogenleitblech 213b
verformen und den Querschnitt der Düsenöffnungen entsprechend verkleinern
oder vergrößern. Von der Steuerung 219 werden die Heizleistung und die
Drehzahl des Gebläses 217 so eingestellt, daß sich die
Strömungsgeschwindigkeit c des aus den Düsen austretenden Luftstroms und
der Luftvolumenstrom Q unabhängig voneinander den für den Bogen 201
optimalen Gegebenheiten anpassen lassen.
Ein gesteuertes Verbiegen der nachgiebigen Zungen der Düsenöffnungen läßt
sich jedoch auch auf andere Weise bewerkstelligen, wie das in Fig. 8a skizziert
ist. Dort sind den Zungen 312 der Düsen im Leitblech 313b des Leitkörpers um
eine Welle 315 drehende Exzenterscheiben 316 zugeordnet, mit deren Hilfe die
flexiblen Zungen 312 teilweise geschlossen werden können. Die Welle 315 ist
beispielsweise an einen hier nicht dargestellten Schrittmotor angeschlossen, der
seinerseits wieder mit einer Steuerung verbunden ist, über die sich die
Winkelstellung der Welle 315 und damit die Querschnittsfläche der Düsen und
ggf. die Leistung des Druckluftversorgers einstellen lassen.
Natürlich läßt sich die Querschnittfläche der Düsenöffnungen auch durch
elektrisch betätigbare Schieber 318, Klappen, oder dergleichen verändern, wie
das in Fig. 8b dargestellt ist, ohne daß die Düsenzungen selbst federnd
ausgebildet und verformt werden müssen.
In Fig. 9 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Hier ist der Leitkörper 413, über den der Bogen 401 geführt wird, in
drei parallele sich nebeneinander über die in Laufrichtung des Bogens
erstreckende Kammern 416a, 416b und 416c eingeteilt, die jeweils an einen
eigenen Luftversorger angeschlossen sind.
Die Kammern 416a und 416c sind jeweils an ein Gasgebläse 417a bzw. 417c
angeschlossen, mit dem sich relativ hohe Vordrucke p0 bei kleinen Volumenströmen
erzielen lassen. Die mittlere Kammer 416b wird von einem Axiallüfter 417b versorgt,
der bereits bei geringen Druckdifferenzen hohe Luftvolumenströme liefert. Die
Begrenzungen der drei Kammern müssen nicht geradlinig wie in der Fig. 10
gezeichnet verlaufen, sondern können auch gezackt verlaufen, um die wie noch
beschrieben unterschiedlichen aus den Düsen 417 des Leitblechs 413b
austretenden Luftströme unter dem geführten Bogen 401 möglichst
gut zu vermischen.
Die Kammern 416a und 416c einerseits und die Kammer 416b andererseits weisen
nun stark unterschiedliche Verbraucherkennlinien auf. Entsprechend treten durch die
zugeordneten Düsen 412a und 412c einerseits und 412b andererseits sehr
unterschiedliche große Volumenströme mit stark voneinander abweichenden
Strömungsgeschwindigkeiten aus. Durch Mischung der Tragluftströmungen stellt
sich anhand der Mischungsregel ein Mittelwert der Strömungsgeschwindigkeit für die
addierten Volumenströme ein. Durch gezielte Veränderungen der Parameter in den
Kammern 416a und 416c bzw. 416b andererseits ist es nun möglich die effektive auf
den Bogen wirkende Tragluftströmung in bezug auf die Strömungsgeschwindigkeit c
und dem Volumenstrom Q unabhängig voneinander einzustellen. Dies sei
nachfolgend anhand des Diagramms nach Fig. 10 verdeutlicht:
Die Verbraucherkennlinie A1 der mittleren Kammer 416b verläuft relativ steil. Bei niedrigem Druck wird bereits ein hoher Volumenstrom erzielt. Folglich wird ein großes Luftvolumen mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit unter den Bogen 401 eingespühlt. Dies wird erreicht durch eine große Anzahl von Düsen im Bogenleitblech 413a, also durch eine hohen Düsendichte, oder durch Düsen mit entsprechend großen Öffnungsquerschnitten.
Die Verbraucherkennlinie A1 der mittleren Kammer 416b verläuft relativ steil. Bei niedrigem Druck wird bereits ein hoher Volumenstrom erzielt. Folglich wird ein großes Luftvolumen mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit unter den Bogen 401 eingespühlt. Dies wird erreicht durch eine große Anzahl von Düsen im Bogenleitblech 413a, also durch eine hohen Düsendichte, oder durch Düsen mit entsprechend großen Öffnungsquerschnitten.
Die Verbraucherkennlinien A2 der beiden äußeren Kammern 416a und 416c
verlaufen hingegen relativ flach. Um ausreichend Luft durch die Düsen zu pressen,
wird eine hohe Druckdifferenz angelegt. Da der Vordruck in den Kammern 416a und
416c somit hoch ist, strömt die Luft mit hoher Geschwindigkeit aus den diesen
Kammern zugeordneten Düsen aus. Erreicht wird das durch eine niedrige
Düsendichte oder durch Düsen mit sehr engen Drosselquerschnitten. Im Diagramm
nach Fig. 10 sind die Kennlinien der Kammern 416 und der Gebläse 417
gemeinsam eingezeichnet. Für die beiden unterschiedlichen Kammertypen ergeben
sich dann in Verbindung mit den beiden unterschiedlichen Gebläsen bzw.
Lüftertypen die mit P1 und P2 bezeichneten Arbeitspunkte.
Die aus der mittleren Kammer 416b ausströmende Luft erhält durch die Anordnung
der Düsen eine zu den beiden äußeren Kammern 416a und c hin gerichtete
Strömungsrichtung. Das große Luftvolumen dieser Kammer strömt mit niedriger
Geschwindigkeit zwischen das Leitblech 413a und den Bogen 401. Diese mittlere
Kammer 416b ist relativ schmal.
Über den beiden äußeren Kammern 416a und 416c vermischt sich die aus der
ersten Kammer 416b austretende Luft mit der aus den Kammern 416a und 416c.
Hierbei addieren sich die Volumenströme und die Geschwindigkeiten mischen sich
gewichtet nach den Anteilen der Volumenströme. Werden die Verbraucherkennlinien
der Kammern sehr unterschiedlich gewählt, so ergibt sich ein breites Spektrum der
durch Vermischung beider Luftströme erzielbaren Arbeitspunkte. Auf diese Weise
läßt sich nun einfach allein durch entsprechende Steuerung der Drehzahl der
Gasgebläse 417a und c bzw. des Axiallüfters 417b, der in das Luftpolster
eingeblasene Volumenstrom und die sich nach der Mischungsregel einstellende
mittlere Strömungsgeschwindigkeit c unabhängig von einander einstellen und somit
auch die Schwebehöhe des Bogens 401 über dem Leitblech 413b in weiten Grenzen
nach Bedarf auswählen. Das Ausmaß, in dem sich die Schwebehöhe ändern läßt,
hängt natürlich vom Verhältnis der Flächen der Düsenöffnungen der Kammern 416a
und c einerseits und 416b andererseits ab. Es sollte etwa einen Faktor 2 bis 20
betragen.
Die sich aufgrund dieser Formel einstellende Schwebehöhe des Bogens ist in dem
dreidimensionalen Diagramm nach Fig. 11 dargestellt. Dort sind in den beiden
Ordinaten die Drücke in den Kammern 416a,c bzw. 416b aufgetragen und in der
Koordinate die Schwebehöhe. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Lufterzeuger und
Luftverbraucherdie in dem Diagramm nach Fig. 10 dargestellten Kennlinien
besitzen. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß sich die Schwebehöhe des Bogens
etwa um den Faktor 3 ändern läßt durch Variation der Drücke in den Kammern 416,
indem die entsprechenden Gebläse 417 von der Steuerung 419 zum Beispiel unter
Vorgabe der gewünschten Schwebehöhe verändert werden. Hierbei kann die
Anpassung nach folgenden Parametern erfolgen:
- a) der Druck in der mittleren Kammer 416b wird verändert. Hierdurch ändert sich der Volumenstrom der gesamten Luftpolsterführung sehr stark, während die mittlere Geschwindigkeit des Luftstroms nahezu unverändert bleibt. Die Schwebehöhe ändert sich hierbei etwa proportional der Änderung des Volumenstroms, der von der mittleren Kammer 416b ausgeht.
- b) Stabilität: Beobachtungen zeigen, daß der Widerstand, den die Luftpolsterführung dem in das Luftpolster eintauchenden Bogen und somit einer Annäherung an das Bogenleitblech 413b entgegenbringt, vor allem von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt. Je größer die Strömungsgeschwindigkeit um so stärker ist das Beharrungsvermögen der Luftströmung und somit auch die Reaktionskraft gegen Störungen des Luftpolsters. Um die Stabilität der Führung zu steigern, kann daher der Druck der äußeren Kammern 416a und 416c gesteigert werden.
Dünne Papiere reagieren durch hochfrequente Schwingungen auf zu hohe
Strömungsgeschwindigkeiten. Hier kann der Druck in beiden äußeren Kammern
zurückgenommen werden, um eine "sanftere" Führung auf etwa gleichem
Schwebeniveau zu bewirken.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 12a und b
dargestellt. Dort wird der zum Beispiel im Widerdruck auf der Rückseite zu
bedruckende Bogen 501 von einer Übergabetrommel 502 zwischen zwei
Druckzylindern 503 und 504 befördert. Um einen sicheren und abschmierfreien
Bogenlauf zwischen den Druckwerken zu gewährleisten, ist unterhalb der
Übergabetrommel in einem geringen Abstand zu dem von den Greifern der Trommel
502 beschriebenen Kreisbogen eine im Schnitt halbkreisförmige Luftpolsterführung
angeordnet. Die Aufsicht auf das ebenfalls halbkreisförmige Bogenleitblech dieser
Luftpolsterführung zeigt Fig. 12b. Dort ist durch die gestrichelten Linien angedeutet,
daß die Kammer 513 unterhalb der Düsenöffnungen in verschiedene Bereiche 513a
bis 513h unterteilt ist, wobei jeder Teilkammer ein Lufterzeuger 517a-h zugeordnet
ist. Bei den Lufterzeugern 513a, b und 513g, h handelt es sich um Gasgebläse, die
wenige an den äußereren Rändern der Bogenführung angeordneten Düsen mit
einem relativ hohen Vordruck pversorgenHingegen werden die vier mittleren in
Bogenlaufrichtung hintereinander angeordneten Bereiche 513c, d, e und f bzw. die
ihnen zugeordneten, auf dem Bogenleitblech dicht an dicht angeordneten Düsen von
vier Axiallüftern 417c-d versorgt, die einen hohen Volumenstrom erzeugen. Die
Einstellung der Schwebehöhe h des Bogens 501 über dem Bogenleitblech erfolgt
ähnlich wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 beschrieben.
Claims (20)
1. Luftpolsterführung für bogen- oder bahnförmige Materialien, insbesondere für
bedruckte Papierbögen in einer Druckmaschine, bei der sich das geführte bogen-
oder bahnförmige Material auf einem Tragluftpolster über mindestens einem
Leitkörper mit Düsenöffnungen abstützt, durch die Luft zwischen den Leitkörper
und das geführte Material geblasen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der aus den Düsen austretende Luftvolumenstrom (Q) und/oder die
Strömungsgeschwindigkeit (c) zwischen Leitkörper (3; 13; 113; 213; 313b;
413a, b, c; 513) und geführtem Material (4; 201; 301; 401; 501) unabhängig
voneinander einstellbar sind derart, daß die Proportionalität zwischen beiden
Größen aufgehoben ist.
2. Luftpolsterführung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die vom geführten Material bedeckte Anzahl der wirksamen Düsenöffnungen
(5; 12a-c; 112a; 212a-c; 312; 412a-c; 312; 412a-c; 512) veränderbar ist.
3. Luftpolsterführung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Leitkörper mehrere Gruppen (12a-c) von Düsen enthält, wobei jede
Gruppe von Düsen separat an- bzw. abschaltbar mit Blasluft versorgt ist.
4. Luftpolsterführung nach Anspruch 3,
wobei die Gruppen (12a-c) von Düsen über Schaltventile (15a-c) an einen
gemeinsamen Blasluftgenerator (17) angeschlossen sind.
5. Luftpolsterführung nach Anspruch 3,
wobei jede Gruppe von Düsen an einen separaten Blasluftgenerator
angeschlossen ist.
6. Luftpolsterführung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksamen Querschnitte einzelner Düsenöffnungen, einzelner Gruppen
von Düsenöffnungen oder aller Düsenöffnungen (212a-c; 312; 322) veränderbar
sind.
7. Luftpolsterführung nach Anspruch 6,
wobei die Querschnitte der Düsenöffnungen durch elektrisch betätigbare Klappen,
Schieber (318a) oder dergleichen veränderbar sind.
8. Luftpolsterführung nach Anspruch 6,
wobei die Düsen klappenförmige nachgiebige Zungen (312) besitzen, die
gesteuert verformbar sind.
9. Luftpolsterführung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
elektrisch betätigbare Stellgetriebe (315; 316) zur Verformung der Zungen.
10. Luftpolsterführung nach Anspruch 8,
wobei die Zungen (212/214) als Bimetallstreifen ausgebildet sind und eine
Heizeinrichtung (215/216) für den Luftstrom vorgesehen ist.
11. Luftpolsterführung nach Anspruch 8,
wobei sich die Zungen unter dem Einfluß der sich an den Düsen ausbildenden
Druckdifferenz (pv-p0) verformen.
12. Luftpolsterführung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Leitkörper mindestens zwei Gruppen (412a/c; 412b) von Düsen enthält
und die Gruppen unterschiedliche Verbraucherkerinlinien (A1, A2) besitzen, und
daß die Drücke (pv1, pv2) zur Versorgung der Gruppen von Düsen unabhängig
voneinander regelbar sind.
13. Luftpolsterführung nach Anspruch 12,
wobei die Summe der Drosselflächen der Düsen beider Gruppen (412a/c, 412b)
sich mindestens um einen Faktor 2 unterscheidet.
14. Luftpolsterführung nach Anspruch 12,
wobei die einzelnen Gruppen (412a/c, 412b) von Düsen an unterschiedliche
Blasluftgeneratoren (Gebläse 417a, c, Ejektor, Axialventilator (417b))
angeschlossen sind.
15. Luftpolsterführung nach einem der Ansprüche 1-14,
gekennzeichnet durch
eine elektrische Steuereinrichtung (19; 119; 219; 419), der die Schwebehöhe
(hsoll) des von dem Luftpolster geführten Materials (201; 401) oder das Maß ihrer
Veränderung als Sollwert eingebbar ist und die danach Stellgrößen für die
Veränderung des aus den Düsenöffnungen ausströmenden Luftvolumens (Q)
und/oder der Strömungsgeschwindigkeit (c) zwischen Leitkörper und geführtem
Material ermittelt.
16. Bogenoffsetdruckmaschine mit einer Luftpolsterführung (3) für die bedruckten
Bögen (4) nach einem der Ansprüche 1-15 im Ausleger (1) der Maschine.
17. Bogenoffsetdruckmaschine mit einer Luftpolsterführung (513) für die bedruckten
Bögen nach einem der Ansprüche 1-15 im Bereich der Bogenüberführung (501)
oder Wendung zwischen zwei Druckzylindern der Maschine.
18. Verfahren zur Einstellung der Schwebehöhe von bogen- oder bahnförmigen
Materialien in einer Luftpolsterführung, bei der sich das geführte Material auf
einem Tragluftpolster über mindestens einem Leitkörper abstützt und über
Düsen in dem Leitkörper Luft unter das geführte Material geblasen wird, wobei
der Quotient zwischen dem durch die Düsen eingeblasenen Luftvolumenstrom
(Q) und der Strömungsgeschwindigkeit (c) der Luft zwischen Leitkörper und
geführtem Material verändert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18,
wobei der Leitkörper mindestens zwei Gruppen (412a/c, 412b; 512a/b/g/h, 512c
/d/e/f) von Düsen mit um mindestens dem Faktor 2 unterschiedlichen
Verbraucherkennlinien der Gruppen enthält und das Verhältnis der Luftdrücke
(pv1, pv2) zueinander verändert wird, mit denen die Gruppen von Düsen
versorgt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 18,
wobei die wirksamen Querschnitte der Düsen oder einzelner Gruppen von
Düsen verändert werden.
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