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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zugwalzen/Zugring-Kombination
in einer Rollenrotationsdruckmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1. Eine solche ist beispielsweise aus der
DE 612499 A bekannt.
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Die
in 7 gezeigte Ansicht einer Druckmaschine ist eine
Ausführung
einer herkömmlichen Rollenrotationsdruckmaschine,
die nach den im Stand der Technik wohlbekannten Techniken und Prinzipien
auch unterschiedlich konstruiert sein kann. Beispielsweise kann
die Druckmaschine 700 je nach Erfordernis mehrere Druckwerke 720,
mehrere Zuführstationen 710 und
mehrere Falzeinrichtungen 750 aufweisen. Obschon in 7 nur
eine Trockeneinheit 730 und nur eine Kühleinheit 740 gezeigt
sind, kann eine herkömmliche
Rollenrotationsdruckmaschine mehrere Trockeneinheiten und/oder mehrere Kühleinheiten
umfassen.
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In
herkömmlichen
Druckmaschinen, wie der in 7 gezeigten
Rollenrotationsdruckmaschine, kommen durch die Druckmaschine laufende
Bahnen oder Bahnstränge
eines Drucksubstrates oft mit einem Spalt in Kontakt, um gesteuert
und/oder stabilisiert zu werden. Spalte befinden sich in vielen
Bereichen der Druckmaschine, beispielsweise in der Zuführstation 710,
in der Kühleinheit 740 und
im Falzapparat 750. In solch einem Spalt wird ein Objekt
zwischen zwei Oberflächen,
Punkten oder Kanten erfaßt oder
ergriffen. In Rollenrotationsdruckmaschinen werden solche Spalte
normalerweise durch zwei aneinander angestellte Zylinder gebildet,
so daß die beiden
Zylinder gleichzeitig die zwischen diesen hindurchlaufende Bahn
kontaktieren und erfassen.
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8 zeigt
eine Seitenansicht eines von den Zylindern 812 und 814 gebildeten
Spaltes 800 und eine zwischen den Zylindern 812, 814 hindurchlaufende
Bahn 810. Weist der eine der den Spalt bildenden Zylinder
einen entlang seiner Drehachse variierenden Durchmesser auf, dann
kann der andere Zylinder einen korrespondierenden variierenden Durchmesser
aufweisen. Alternativ kann der andere Zylinder einen im wesentlichen
konstanten Durchmesser entlang seiner Drehachse aufweisen. Die Bahn 810 braucht
keine gerade Linie zu bilden, wenn sie sich durch den Spalt 800 bewegt.
Jeder der einen Spalt bildenden Zylinder 812 und 814 kann
z. B. eine Walze oder auch ein Ring sein. Gewöhnlich bieten die Walzen eine
Kontaktfläche
für die
Bahn in ihrer vollen Breite. Jedoch können auch Ringe verwendet werden,
die normalerweise entlang einer Welle bewegbar sind, so daß sie auf
unterschiedliche Bahnbreiten, Druckbedingungen und dergleichen eingestellt werden
können.
Die einen Spalt bildenden Ringe bieten eine Kontaktfläche für nur einen
Teil der Breite der Bahn und zwar meistens nahe den Seitenrändern der
Bahn. Gewöhnlich
ist mindestens einer der den Spalt bildenden Zylinder angetrieben.
Oft ist einer der Zylinder eine angetriebene Stahlwalze und der
andere ist eine mit einem Polymer bedeckte freilaufende Walze.
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Zugwalzen
und Zugringe können
mehrere Funktionen erfüllen,
die die Leistung der Druckmaschine wesentlich beeinflussen. Wenn
beispielsweise die Bahnstränge
von Zugwalzen und/oder Zugringen ergriffen werden, können hierdurch
die Geschwindigkeit sowie die Spannung der Bahnstränge reguliert
werden, während
sich diese durch die Druckmaschine bewegen.
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Weiterhin
befindet sich die Bahn während des
Schneideprozesses gewöhnlich
in einem gestrafften Zustand, so daß die Spannung in der Bahn beim
Schneiden freigesetzt wird, was die geschnittenen Enden vom Schneidepunkt
zurückschnellen
läßt. Es kann
eine besondere Art von Zugwalze, die als Anti-Rückschlagwalze bezeichnet wird,
verwendet werden, um die Bahn nahe dem Schneidepunkt zu ergreifen
und somit die Rückschlagstrecke
der geschnittenen Bahnenden zu verringern.
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Anti-Rückschlagwalzen
können
auch zum Anbringen von Wellungen (corrugations) in einer Bahn entlang
ihrer Laufrichtung durch die Druckmaschine verwendet werden, um
die Bahn bzw. deren freies Ende zu versteifen, wenn diese geschnitten wird.
Die erhöhte
Steifigkeit des geschnittenen Bahnendes ermöglicht ein präziseres
Führen
des Bahnendes zwischen den Stationen in der Druckmaschine. Zugwalzen
und/oder Zugringe können
auch vorgesehen sein, um einen Falz in der Bahn zu bilden oder zu
verstärken,
während
diese durch den Spalt zwischen den Walzen oder Ringen hindurchläuft. Gewöhnlich sind
Zugringe und Anti-Rückschlagwalzen im
Falzapparat angeordnet.
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Obschon
Zugwalzen aus massivem Stahl und/oder Zugringe aus geriffeltem oder
gerändeltem Stahl
normalerweise dauerhaft und verschleißarm sind, erweisen sie sich
als empfindlich, wenn der Spalt zwischen den Walzen oder Ringen
justiert oder eingestellt werden muß. Dies ist im besonderen der Fall,
wenn eine kleine Anzahl von Bahnsträngen durch die Maschine geführt wird.
Es wurden Versuche unternommen, den Mechanismus zum Justieren des
Walzenspaltes neu zu konstruieren, um mehr mechanische Vorteile
zu bieten und die Präzision
der Justierung des Walzenspaltes zu verbessern. Jedoch haben die
Ergebnisse gezeigt, daß beim
Betrieb der Druckmaschine der Mechanismus die Einstellung des Walzenspaltes
nur bedingt aufrecht erhalten kann.
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In
einigen Rollenrotationsdruckmaschinen des Standes der Technik wurden
seit Jahren Zugwalzen und Ringe aus festem oder hartem Material
mit einer dünnen
Polymer-Außenschicht
verwendet. Es hat sich gezeigt, daß diese Walzen und Ringe beim Einstellen
des Walzenspaltes weniger empfindlich sind als Walzen und Ringe
aus massivem Stahl, jedoch anderweitig nach einiger Zeit größere Verschleißerscheinungen
aufweisen. Zudem ist die Polymerschicht zwar flexibel, jedoch inkompressibel, was
zu einer unerwünschten
Geschwindigkeitssteigerung des Bahnstrangs führen kann, wenn sich dieser
zwischen den Zugwalzen hindurch bewegt, insbesondere wenn der Walzenspalt
eng eingestellt ist. Dieser Geschwindigkeitszuwachs erhöht sich
noch mit dem Grad der Verformung oder des Eindrückens der Polymer-Außenschicht.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Zugwalzen und Zugringe
zu schaffen, die dauerhafter als die mit einem Polymer beschichteten Zugwalzen
und Zugringe sind, und die einen von dem Biegungsgrad oder Verformungsgrad
unabhängigen konstanten Geschwindigkeitszuwachs
ermöglichen. Weiterhin
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Zugwalzenkonstruktion zu
schaffen, die eine weniger präzise
und weniger häufige
Einstellung erfordert, verglichen mit Zugwalzen und Zugringen aus
massivem Stahl. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch
1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf wartungsarme Zugwalzen, also
auf Zugwalzen und Zugringe, die von langlebiger Beschaffenheit sind und
eine minimale Regulierung erfordern, und mit denen auf akkurate
Weise gewünschte
Geschwindigkeitszuwächse
(gain), die konstant und von der Verformung oder Durchbiegung des
Materials unabhängig
sind, erzielt werden können.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine Zugwalze vorgesehen, die eine starre Welle
aufweist, auf welcher eine elastische Innenschicht und eine flexible,
nachgiebige äußere Abdeckung über der
elastischen Innenschicht aufgebracht ist. Die äußere Abdeckung weist eine Biegungsfestigkeit
auf, die größer als
die Biegungsfestigkeit der elastischen Innenschicht ist. Die äußere Abdeckung kann
aus Metall bestehen und die elastische Innenschicht kann ein Polymer
sein. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die äußere Abdeckung
starr. Die Zugwalze kann wahlweise Begrenzungsringe zwischen der
starren Welle und der Innenfläche
der äußeren Abdeckung
aufweisen, um die Biegung der äußeren Abdeckung
und der Polymer-Innenschicht auf ein Maximum zu begrenzen. Diese
maximale Biegung kann je nach den gewünschten Konstruktionseigenschaften,
den Funktionsparametern und der besonderen Anwendung variieren.
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Die
vorliegende Erfindung wird in der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele im
Zusammenhang mit den beigefügten,
nachstehend aufgeführten
Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Querschnitt einer Zugwalze gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 einen
Querschnitt einer Zugwalze gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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3 einen
Querschnitt einer Zugwalze gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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4 einen
Querschnitt einer Zugwalze gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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5 einen
Querschnitt einer Zugwalze gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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6 einen
Querschnitt einer Zugwalze gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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7 eine
schematische Darstellung einer Druckmaschine, die die Erfindung
enthalten kann;
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8 eine
Seitenansicht einer Bahn, die sich durch einen Spalt bewegt, der
eine Ausführungsform
der Erfindung umfassen kann;
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9 einen
Querschnitt eines Zugrings gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
den Querschnitt einer Zugwalze 100 gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung. Die Walze 100 dreht sich um eine Drehachse 110 und
umfaßt
eine Welle 102, eine die Welle 102 umgebende,
aus einem Polymer bestehende Innenschicht 106 und eine
die Polymer-Innenschicht 106 umgebende flexible äußere Abdeckung 104.
Diese äußere Abdeckung 104 biegt
sich in Reaktion auf eine auf deren Außenfläche örtlich aufgebrachte Kraft,
die beispielsweise durch einen zwischen der Walze 100 und
einer anderen Walze oder einem Ring hindurchlaufenden Bahnstrang ausgeübt werden kann.
Die äußere Abdeckung 104 kann
aus einem beliebigen Material, das hinreichend elastisch und langlebig
ist, konstruiert sein. Beispielsweise kann die äußere Abdeckung 104 aus
Stahl oder einem anderen geeigneten langlebigen Material hergestellt sein,
das eine Biegungsfestigkeit aufweist, die größer als die Biegungsfestigkeit
der Polymer-Innenschicht 106 ist. Die Polymer-Innenschicht 106 kann
aus Polyurethan, Silikon oder einem beliebigen anderen elastischen
Material mit entsprechender Dichte, Elastizität und anderen charakteristischen
Eigenschaften bestehen. Diese Eigenschaften können z. B. die Fähigkeit
des Materials seine ursprüngliche Form
nach einer Deformation wieder zu erlangen, der Wärmeübertragungskoeffizient, der
Schmelzpunkt und die für
einen gegebenen Biegungsgrad und eine gewisse Umdrehungsgeschwindigkeit
erzeugte Reibungswärme
sein. Die Polymer-Innenschicht 106 besteht vorzugsweise
aus einem elastischen, inkompressiblen Material, wie z. B. aus massivem
Polyurethan, kann aber auch aus einem elastischen, kompressiblen
Material, z. B. Polyurethan oder Gummi mit darin gebildeten Hohlräumen bestehen.
Beispielsweise kann das elastische Material mit einem Gas gefüllte, geschlossene
Zellen haben oder es kann mit offenen Zellen strukturiert sein.
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Wie
oben erwähnt,
kontaktiert ein durch die Druckmaschine transportierter Bahnstrang
die Außenfläche der äußeren Deckschicht 104 der
Zugwalze 100 und übt
dabei eine Kraft auf die äußere Abdeckung 104 aus,
wobei diese Kraft bewirkt, daß sich die
Abdeckung 104 im Kontaktbereich biegt und abflacht. Begrenzungsringe 108 kontaktieren
den Innendurchmesser der äußeren Abdeckung 104 an
deren Enden, jedoch bildet sich ein Spalt zwischen dem Innenumfang
des Begrenzungsrings 108 und der Welle 102. Wenn
sich somit die äußere Abdeckung 104 und
die Polymer-Innenschicht 106 hinreichend durchbiegen,
dann kontaktiert ein Teil des Innendurchmessers des Begrenzungsrings 108 die
Welle 102 und das weitere Durchbiegen wird begrenzt oder verhindert.
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Wie
in dem Ausführungsbeispiel
der 4 gezeigt ist, können alternativ auf der Welle 102 entlanggleitende
Begrenzungsringe 408 vorgesehen sein, die einen Außendurchmesser
aufweisen, der kleiner als der Innendurchmesser der äußeren Abdeckung 404 ist.
Wenn also die äußere Abdeckung 404 und
die Innenschicht 106 hinreichend durchgebogen werden, kontaktieren
die Begrenzungsringe 408 einen Teil der Innenfläche der äußeren Abdeckung 404 und
begrenzen oder verhindern ein weiteres Durchbiegen. Die Begrenzungsringe 108 und 408 sind
vorzugsweise aus einem geeigneten festen und langlebigen Materialen,
z. B. aus Stahl, gefertigt.
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9 zeigt
einen Zugring 900 mit einer elastischen Polymer-Innenschicht 906,
die von gleicher Beschaffenheit wie die Innenschicht 106 ist,
und die mit einer biegsamen äußeren Abdeckung
versehen ist, welche vorzugsweise die gleiche Beschaffenheit wie
die äußere Abdeckung 104 besitzt.
Der Zugring 900 funktioniert in gleicher Weise wie die
hier beschriebenen Walzen 100, 200, 300 und 400,
erstreckt sich jedoch nur über
einen Teil der durch den Spalt laufenden Bahn. Der Zugring 900 ist
vorzugsweise ebenfalls entlang der Achse 110 der Welle 102 bewegbar.
Zwischen der Welle 102 und der Innenschicht 906 ist
ein innerer Ring 908 vorgesehen, in der Weise, daß der Zugring 900 entlang
der Welle 102 bewegt werden kann. Der Innenring 908 kann
z. B. ein gespaltener Ring aus Metall sein, der auf herkömmliche
Weise befestigt werden kann, um den Zugring 900 an einer
bestimmten Stelle entlang der Welle 102 zu fixieren, und
der gelöst
werden kann, wenn der Zugring 900 zu einer anderen Stelle
bewegt werden soll.
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Die 2 und 3 zeigen
Zugwalzen 200 und 300 mit Begrenzungsringen 208, 308.
Die Begrenzungsringe 208, 308 funktionieren in
der gleichen Weise wie die Begrenzungsringe 408 der 4.
Die Ringe 208 begrenzen ebenfalls die Bewegung der Innenschicht 206 entlang
der Achse 110. Die Ringe 308 sind den Ringen 208 ähnlich,
weisen jedoch zusätzliche
Ränder 309 auf,
welche die Außenkante
der Außenabdeckung 304 der
Walze 300 umschließen.
Somit begrenzen die Ringe 308 zum einen die Bewegung der
Innenschicht 206 entlang der Achse 110 und begrenzen
zum anderen auch die maximale Durchbiegung der Innenschicht 206 weg von
der Welle 102.
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Die
Begrenzungsringe 210 funktionieren in gleicher Weise wie
die Begrenzungsringe 408 der 4.
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In
gleicher Weise, wie dies im Zusammenhang mit der in 1 gezeigten äußeren Abdeckung 104 beschrieben
wurde, können
die in den 2-4 gezeigten äußeren Abdeckungen 204, 304 und 404 ebenfalls
flexibel sein und z. B. aus Federstahl, Nickel, Nylon oder einem
anderen geeigneten Material bestehen. Die flexiblen äußeren Abdeckungen
besitzen eine hinreichende Biegungsfestigkeit und Dauerhaftigkeit,
um die jeweilige Polymer-Innenschicht zu erhalten und somit einen
konstanten Geschwindigkeitszuwachs zu gewährleisten, besonders bei einem
inkompressiblen Polymer. Alternativ können die äußeren Abdeckungen 204 und 404 starr sein
und z. B. aus Nickel, Stahl oder einem anderen geeigneten Material
mit ausreichendem Härtegrad und
Dicke gebildet sein, um in der Druckmaschine einer Biegung wirksam
zu widerstehen. Wenn die äußeren Abdeckungen 204 und 404 von
starrer Beschaffenheit sind, dann wird in Reaktion auf eine von einem
Bahnstrang und/oder einer anderen Zugwalze oder einem Zugring ausgeübten Kraft
die ganze äußere Abdeckung
bezüglich
der Drehachse 110 verschoben.
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Obschon
die Begrenzungsringe hier oben als aus starrem Material bestehend
beschrieben wurden, können
diese auch aus flexiblem Material bestehen. Die Eigenschaften der
Begrenzungsringe können
also so gewählt
werden, daß die
Wirksamkeitskurve der Biegung der Zugwalze weiter verfeinert und bestimmten
erfindungsgemäßen Anwendungen
angepaßt
wird. Beispielsweise können
die Begrenzungsringe als von der Welle getrennte Komponenten oder
als mit der Welle ein Ganzes bildende Teile hergestellt sein.
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Nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die in 4 gezeigte
Walze 400 so konstruiert sein, daß der Außendurchmesser der äußeren Abdeckung 404 16,3
cm (6.4 inches) und die Dicke dieser äußeren Abdeckung 0,01 cm (0.005 inch)
beträgt,
die äußere Abdeckung 404 aus
Nickel besteht und die Polymer-Innenschicht 106 Polyurethan
ist. Bei dieser Konstruktion ergibt eine radiale Durchbiegung oder Auslenkung
der äußeren Abdeckung 404 und
der Polymer-Innenschicht 106 von 0,05 cm (0.02 inch) in
Richtung der Drehachse 110 eine Bahnkontaktfläche mit
einer Sehnenlänge
von 1,81 cm (0.714 inch). Eine radiale Biegung der äußeren Abdeckung 404 und
der Polymer-Innenschicht 106 von 0,01 cm (0.004 inch) in
Richtung der Drehachse 110 ergibt eine Bahnkontaktfläche mit
einer Sehnenlänge
von 0,81 cm (0.319 inch). Bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anti-Schlupf-Ring-Konstruktion
auf der Basis der zuvor genannten Meßwerte und Materialien ergibt
sich eine minimale radiale Durchbiegung der äußeren Abdeckung 104 und
der Polymer-Innenschicht 106 von ungefähr 0,025 cm (0.01 inch). Die
Meßwerte
und Materialien dieser Ausführungsform
haben jedoch nur beispielhaften Charakter und können im Hinblick auf die jeweiligen
Parameter und Anwendungsmöglichkeiten
modifiziert werden. Es können
z. B. unterschiedliche Materialien verwendet werden und die Ausmaße können größer oder
kleiner sein, um eine gleiche Leistung zu erzielen oder um die Leistung
in unterschiedlichen Situationen zu verbessern.
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5 zeigt
eine Walze 500 gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung, die sich von der in 4 gezeigten
Ausführungsform
dahingehend unterscheidet, daß die
harte äußere Abdeckung 504 aus
Stahl mit integralen Aussparungen 520 und Vorsprüngen 522 ausgebildet
ist, welche Wellungen in der über
die Walze 500 laufenden Bahn oder dem Bahnstrang (nicht
gezeigt) formen.
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Alternativ
zeigt 6 eine Walze 500 mit einer biegsamen äußeren Abdeckung 604,
bei der die Aussparungen 620 und Vorsprünge gebildet werden, indem
Vorsprünge
formende Ringe 624 um die äußere Abdeckung 604 herum
angebracht werden. Die Ringe 624 können z. B. jeweils aus einem
Klettverschluß-Material,
wie „Velcro", oder aus Metall
bestehen. Die Ringe 624 können also entweder aus starrem
oder aus biegsamem Material hergestellt und entweder auf einer starren
oder einer biegsamen äußeren Abdeckung
verwendet werden und entlang der Drehachse 110 der Walze 500 bewegbar
sein.
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Die
in erfindungsgemäßer Weise
ausgebildeten Zugwalzen/Zugring-Kombinationen weisen zum einen den
von massiven Stahlzugwalzen oder -zugringen her bekannten Vorteil
einer hohen Standfestigkeit und eines konstanten Geschwindigkeitszuwachses
(zuvor auch als Geschwindigkeitssteigerung bezeichnet) auf, und
besitzen gleichzeitig die von polymerbeschichteten Zugwalzen oder
Zugringen her bekannte verringerte Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen
des Walzen/Ringdurchmessers oder des Walzen/Ringabstandes.
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- 100
- Zugwalze
- 102
- Welle
- 104
- äußere Abdeckung
der Zugwalze 100
- 106
- Polymer-Innenschicht
- 108
- Begrenzungsringe
- 110
- Drehachse
- 200
- Zugwalze
- 204
- äußere Abdeckung
der Walze 200
- 206
- Innenschicht
- 208
- Begrenzungsringe
- 210
- Begrenzungsringe
- 300
- Zugwalze
- 304
- äußere Abdeckung
der Walze 300
- 308
- Begrenzungsringe
- 309
- Ränder der
Begrenzungsringe
- 400
- Walze
- 404
- äußere Abdeckung
- 408
- Begrenzungsringe
- 500
- Walze
- 504
- äußere Abdeckung
- 520
- Aussparungen
- 522
- Vorsprünge
- 604
- äußere Abdeckung
- 620
- Aussparungen
- 624
- Vorsprünge/Ringe
- 700
- Druckmaschine
- 710
- Zuführstationen
- 720
- Druckwerke
- 730
- Trockeneinheit
- 740
- Kühleinheit
- 750
- Falzeinrichtung
- 800
- Spalt
- 810
- Bahn
- 812
- Zylinder
- 814
- Zylinder
- 900
- Zugring
- 906
- Polymer-Innenschicht
- 908
- innerer
Ring