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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Spreizdorn zum Festhalten von zylindrischen
Gegenständen,
während
diese bedruckt werden.
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Wenn
zylindrische Gegenstände
auf der Außenseite
bedruckt werden sollen, werden sie vorteilhafterweise von innen
festgehalten, um einen lückenlosen
Auftrag der Druckfarbe zu gewährleisten.
Dadurch ist es möglich,
eine Druckwalze oder ein Drucksieb gegen den zu bedruckenden zylindrischen Gegenstand
zu pressen und durch entsprechende Bewegung beider die Druckfarbe
auf den Gegenstand zu übertragen.
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Die
Kraft, die durch den Festhaltemechanismus von innen auf den Gegenstand
wirkt, muss dabei so dimensioniert sein, dass die durch sie hervorgerufene
Reibungskraft ausreicht, ein Verrutschen des Gegenstandes auf dem
Festhaltemechanismus während
des Bedruckens zu verhindern.
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Gleichzeitig
darf diese Kraft nicht zu groß sein,
um eine Verformung des Gegenstandes zu verhindern, weil ansonsten
kein gleichmäßiger Kontakt des
Gegenstandes mit der Druckwalze über
die gesamte Außenfläche des
Gegenstandes gewährleistet wäre.
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Bei
starren zylindrischen Gegenständen,
wie z.B. Dosen aus Metall, können
diese beispielsweise mittels mehrerer Backen, die von innen gegen
den Gegenstand drücken,
ausreichend festgehalten werden.
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Gegenstände, die
aus einem weichen Material bestehen, wie z.B. Tuben aus Kunststoff
oder dünnem
Aluminium, würden
durch solche Backen jedoch sofort verformt, sodass ein gleichmäßiger Farbauftrag
unmöglich
würde.
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Daher
wird im Stand der Technik für
Tuben, die bedruckt werden sollen, eine Vorrichtung verwendet, die
aus einem Hohlzylinder mit einer Vielzahl von kleinen Öffnungen
besteht, der einen geringfügig kleineren
Durchmesser als die zu bedruckende Tube, aber in etwa die gleiche
Länge hat.
Nachdem die Tube auf den Hohlzylinder aufgeschoben wurde, wird dieser
evakuiert und dadurch die Tube gleichmäßig gegen den Hohlzylinder
gezogen.
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Wenn
die Tube aus Kunststoff besteht, wird sie hierbei in tangentialer
Richtung komprimiert, während
sie ihren Durchmesser verringert. Da dies nur in begrenztem Maße möglich ist,
darf der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser des Zylinders
und dem Innendurchmesser der Tube nicht zu groß sein, weil ansonsten Falten
entstehen könnten.
In der Praxis ist dieser Unterschied nicht größer als 0,02 mm.
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Bei
Tuben aus Aluminium muss dieser Unterschied noch geringer sein,
da es sonst zu plastischen Verformungen der Tube kommen könnte. Hier darf
der Außendurchmesser
des Zylindern maximal 0,01 mm kleiner sein als der Innendurchmesser
der Tube.
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Unbedruckte
Tubenrohlinge werden üblicherweise
nicht unmittelbar nach ihrer Herstellung bedruckt, sondern je nach
Bedarf einige Zeit gelagert. Während
dieser Zeit kann der Tubenrohling schrumpfen und sein Durchmesser
sich so weit verringern, dass der Rohling nicht mehr über den
Vakuumzylinder geschoben werden kann. Der Vakkumzylinder muss dann
gegen einen Zylinder mit kleinerem Durchmesser ausgetauscht werden.
Neben der Notwendigkeit, Vakuumzylinder in unterschiedlichen Größen bereit
zu halten, verursacht dies zusätzliche Kosten
durch den Stillstand der Maschine während der Umrüstung.
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Aus
der
EP 1 306 210 A2 ist
eine Spannwelle zum Aufspannen insbesondere von schweren Druckwalzen
bekannt. Eine solche Spannwelle weist mehrere longitudinale Pneumatikkammern
auf, die in axialer Richtung in Aussparungen entlang der Spannwelle
verlaufen. Über
diesen Pneumatikkammern sind zylindersektorförmige Elemente angeordnet,
die bei Expansion der Pneumatikkammern radial nach außen gedrückt werden.
Diese Radialbewegung wird durch Zuganker, die zwischen den zylindersektorförmigen Elementen
in der Spannwelle befestigt sind, begrenzt. Beim Entlüften der
Pneumatikkammern werden die zylindersektorförmigen Elemente durch eine
elastische Hülle,
die die Spannwelle umgibt, wieder in ihre Ausgangsposition gebracht.
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Eine
solche Spannwelle ist sehr komplex aufgebaut und damit teuer. Außerdem ist
der Zusammenbau einer solchen Spannwelle zeitaufwändig, da die
einzelnen Pneumatikkammern und zylindersektorförmigen Elemente mit den Zugankern
an der Spannwelle befestigt werden müssen und anschließend die
elastische Hülle über die
Spannwelle montiert werden muss. Beides ist von Nachteil, wenn es darum
geht, viele kleine Gegenstände
zu bedrucken, da hierbei eine Vielzahl von Befestigungsvorrichtungen
zum Einsatz kommt. Üblicherweise
werden mindestens 20 Befestigungsvorrichtungen benötigt, bei manchen
Druckmaschinen sogar bis zu 40.
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Weiter
ist aus der
EP 0 629
576 A1 eine expandierbare Welle zum drehbaren Lagern insbesondere
von Papierrollen bekannt. Eine solche Welle weist mehrere expandierbare
Schläuche
auf, die schraubenförmig
um den Kern der Welle angeordnet sind. Durch Expansion der Schläuche werden
diese gegen den Gegenstand, der gehalten werden soll (z.B. eine
Papierrolle), gedrückt.
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Eine
solche expandierbare Welle ist geeignet, Gegenstände zu halten, die sich nicht
verformen können.
Im Falle von verformbaren Gegenständen hätte sie jedoch den Nachteil,
dass sich deren Oberflächen
dem Oberflächenprofil
der Welle anpassen. Dadurch könnten
verformbare Gegenstände
nicht mehr gleichmäßig bedruckt
werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Festhalten von zylindrischen Gegenständen, insbesondere Tuben, beim Bedrucken
zu schaffen, die einen größeren Toleranzbereich
des Innendurchmessers der Gegenstände erlaubt und die die Gegenstände festhält, ohne
diese zu verformen. Weiterhin soll eine solche Vorrichtung leicht
zu montieren und billig herzustellen sein.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Spreizdorn gemäß der vorliegenden Erfindung
gelöst.
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Ein
Spreizdorn gemäß der vorliegenden
Erfindung weist einen im wesentlichen zylinderförmigen Kern auf, in dessen
Innerem mindestens eine Pneumatikleitung von einer Grundfläche des
Kerns zu dessen Mantelfläche
verläuft.
Weiterhin weist er eine reversibel in radialer Richtung expandierbare,
im wesentlichen zylinderförmige
Hülse auf,
die axial über den
Kern des Spreizdorns geschoben werden kann. Zwischen Kern und Hülse ist
eine Mehrzahl von elastischen Elementen, die jeweils den Kern in
einer Ebene senkrecht zur Achse des Spreizdorns ringförmig umgeben,
in Kontakt mit dem Kern angeordnet. Die Hülse kann im nicht-expandierten
Zustand ebenfalls in Kontakt mit den elastischen Elementen stehen,
sie kann aber auch von den elastischen Elementen beabstandet sein
und nur mit den beiden Enden des Kerns in Kontakt stehen.
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Teil
des Kerns kann auch eine Endkappe sein, die an einem Ende des Kerns
befestigt wird (z.B. durch ein Gewinde an der Endkappe, das in ein Gewinde
des Kerns eingreift) nachdem die Hülse über den Kern geschoben wurde.
Die Endkappe kann so gestaltet sein, dass sie ein axiales Verrutschen
der Hülse
im nicht-expandierten Zustand verhindert.
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Die
elastischen Elemente sind über
den Enden der Pneumatikleitung in der Mantelfläche des Kerns angeordnet, sodass
das Einleiten von Druckluft in die pneumatische Leitung dazu führt, dass
die elastischen Elemente und damit auch die expandierbare Hülse radial
expandieren.
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Die
expandierbare Hülse
besteht vorzugsweise aus einem starren Material (z.B. Federstahl) und
behält
somit ihre im wesentlichen zylindrische Form, auch wenn sie nicht
auf der ganzen Fläche
auf den elastischen Elementen aufliegt. Um die Expansion der starren
Hülse zu
ermöglichen,
kann diese mehrere Schlitze in axialer Richtung aufweisen, die abwechselnd
jeweils an einem Ende der Hülse
beginnen und deren Länge
geringer ist als die Länge
der Hülse.
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Je
kleiner der Unterschied zwischen der Länge der Hülse und der Länge der
Schlitze ist, d.h. je näher
die Schlitze an das jeweilige andere Ende der Hülse heranreichen, umso leichter
lässt sich
die Hülse
expandieren, umso geringer ist aber auch die durch die Elastizität des Materials
hervorgerufene Rückstellkraft,
die bewirkt, dass die Hülse
beim Entlüften
der Pneumatikleitung in ihre ursprüngliche, nicht-expandierte
Form zurückkehrt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Schlitze in der Hülse
wellenförmig,
wobei die Wellenlänge
etwas kürzer
als die Länge
der Hülse
ist und die Wellen zweier benachbarter Schlitze in Phase sind, der
Abstand zwischen zwei benachbarten Schlitzen also über die
Länge der
Hülse konstant bleibt.
Diese Anordnung der Schlitze führt
dazu, dass die Hülse
bei der Expansion ihre zylindrische Form weitestgehend behält und somit
ein gleichmäßiger Auftrag
der Druckfarbe auf den gehaltenen Gegenstand ermöglicht wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden die elastischen Elemente jeweils in einer Vertiefung des
Kerns geführt.
Dies verhindert ein Verrutschen der elastischen Elemente sowohl
beim Aufschieben der Hülse
auf den Kern als auch im Betrieb des Spanndorns bei Expansion und
Kontraktion der elastischen Elemente.
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Diese
Vertiefungen können
auch dadurch realisiert werden, dass zwischen den elastischen Elementen
starre, nicht-expandierbare Buchsen angeordnet werden. Die Buchsen
können
je nach Bedarf entweder fest mit dem Kern verbunden werden oder
eine solche Verbindung kann unterbleiben. Wenn die Buchsen nicht
mit dem Kern verbunden sind und dadurch axial entlang des Kerns
beweglich sind, kann die Elastizität der elastischen Elemente durch
den axialen Druck, der von der Endkappe ausgeübt wird, eingestellt werden
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die elastischen Elemente zylinderförmig, wobei die Länge der
Zylinder so bemessen sein muss, dass zum einen eine Mehrzahl von
elastischen Elementen entlang des Kerns angeordnet werden kann,
zum anderen eine Expansion der elastischen Zylinder in deren Mitte
stattfinden kann, wobei die beiden Enden der elastischen Zylinder
mit dem Kern in Kontakt bleiben und eine luftdichte Verbindung (beim
Druck der verwendeten Druckluft) darstellen.
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehend erläutert. Es
zeigt:
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1 eine Seitenansicht einer
bevorzugten Ausführungsform
des Spreizdorns im nichtexpandierten Zustand;
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2 einen Schnitt durch den
Spreizdorn aus 1 entlang
der Linie A–A;
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3 einen Schnitt durch den
Spreizdorns aus 1 im
expandierten Zustand;
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4 eine Vergrößerung des
in 3 mit IV bezeichneten
Ausschnitts.
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In 1 ist die Seitenansicht
einer bevorzugten Ausführungsform
eines Spreizdorns gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Auf den Kern (1) des Spreizdorns ist
eine expandierbare Hülse
(2) aufgeschoben und mit einer Endkappe (3) gegen
longitudinales Verrutschen gesichert worden. Ein in den Kern gesteckter
Zylinderstift (4), der in eine Aussparung (5)
der expandierbaren Hülse
(2) eingreift, sichert die Hülse (2) gegen Verdrehen
gegenüber
dem Kern (1).
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Die
expandierbare Hülse
(2) weist Schlitze (6A, 6B) auf, die
abwechselnd an den gegenüberliegenden
Enden der Hülse
(2) beginnen und sich wellenförmig bis kurz vor das jeweils
andere Ende der Hülse
(2) erstrecken. Der Abstand zwischen zwei benachbarten
Schlitzen (6A) und (6B) ist dabei über die gesamte
Länge konstant.
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2 zeigt einen Schnitt durch
den Spreizdorn aus 1 entlang
der Linie A–A.
Entlang der Achse des Kerns (1) des Spreizdorns erstreckt
sich, ausgehend von einem Ende (12) des Kerns (1)
eine Bohrung (7) mit unterschiedlichen Durchmessern, die
am anderen Ende durch die Endkappe (3) luftdicht verschlossen
ist. Ausgehend von der axialen Bohrung (7) erstrecken sich
radiale Bohrungen (8) nach außen und enden in einer Kerbe
(9), die den Kern (1) des Spreizdorns ringförmig umgibt.
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Über jeder
Kerbe (9) ist, ebenfalls ringförmig um den Kern (1),
ein elastisches Element (10) angeordnet, das die Kerbe
(9) luftdicht gegenüber
der Umgebung abdichtet. Der Raum zwischen den elastischen Elemente
(10) wird durch Buchsen (11) aus einem nichtelastischen
Material ausgefüllt,
wodurch ein Verrutschen der elastischen Elemente (10) in
axialer Richtung verhindert wird.
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3 zeigt ebenfalls einen
Schnitt durch den Spreizdorn aus 1 entlang
der Linie A–A,
wobei der Spreizdorn hier im expandierten Zustand dargestellt ist.
Der mit IV gekennzeichnete Ausschnitt ist in 4 vergrößert dargestellt. Hieran lässt sich
die Funktionsweise des Spreizdorns gut erkennen.
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In 4 ist zu sehen, wie die
elastischen Elemente (10) durch das Einleiten von Druckluft
in die durch die axiale Bohrung (7) gebildete pneumatische
Leitung expandiert werden. Während
die elastischen Elemente (10) an ihren Rändern noch
mit dem Kern (1) des Spreizdorns in Kontakt stehen, wölben sie
sich in der Mitte nach außen,
wodurch ein Spalt zwischen dem Kern (1) des Spreizdorns
und den elastischen Elementen (10) entsteht. Durch die
angeschrägten
Enden der Buchsen (11) wird sichergestellt, dass die ebenfalls
angeschrägten
Ränder
der elastischen Elemente (10) mit dem Kern (1)
des Spreizdorns in Kontakt bleiben, so dass der Überdruck in der pneumatischen
Leitung (7) erhalten bleibt.
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Durch
die Expansion der elastischen Elemente (10) wird auch die
elastische Hülse
(2) radial nach außen
gedrückt,
d.h. der Abstand d zwischen der elastischen Hülse (2) und den Buchsen
(11) wird vergrößert. Dadurch
wird ein zylindrischer Gegenstand, z.B. ein Tubenrohling (nicht
gezeigt), der im nicht-expandierten Zustand über den Spreizdorn geschoben
wurde, von innen gehalten und kann auf seiner Außenfläche bedruckt werden. Durch
die große Kontaktfläche zwischen
dem Tubenrohling und der elastischen Hülse (2) wird sichergestellt,
dass der Tubenrohling während
des Bedruckens sicher gehalten wird und nicht verrutschen kann.
Die elastische Hülse (2)
behält
während
der Expansion im wesentlichen ihre zylindrische Form, so dass ein
gleichmäßiges Bedrucken
des Tubenrohlings ermöglicht
wird.
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Wenn
der Druck in der pneumatischen Leitung (7) wieder verringert
wird, bewirkt die Elastizität der
elastischen Hülse
(2), das diese in ihren nicht-expandierten Ausgangszustand
zurückkehrt.
Dadurch lässt
sich der bedruckte Tubenrohling wieder leicht vom Spreizdorn entfernen.
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- 1
- Kern
des Spreizdorns
- 2
- elastische
Hülse
- 3
- Endkappe
- 4
- Zylinderstift
- 5
- Aussparung
- 6
- Schlitze
(6A und 6B)
- 7
- axiale
Bohrung
- 8
- radiale
Bohrung
- 9
- Kerbe
- 10
- elastisches
Element
- 11
- Buchse
- 12
- Befestigungsseite
des Kerns