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Zahnradantrieb
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Die Erfindung betrifft einen Zahnradantrieb für Wellen und Walzen
in Falzmaschinen, bei dem eine Vielzahl von Wellen und Walzen über Zahnräder miteinander
verbunden sind, wobei eine oder mehrere Wellen oder Walzen ortsfest, die übrigen
Wellen und Walzen aber gegeneinander beweglich gelagert sind.
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Bei den genannten Wellen und Walzen in Falzmaschinen handelt es sich
vorzugsweise um Falzwalzen, Förderwalzen, Messerwellen und Antriebswellen.
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Es sind eine Reihe verschiedener Antriebe für Wellen und Walzen in
Falzmaschinen bekannt, vor allem Riemenantriebe und Zahnradantriebe.
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Aus der DE-OS 26 23 922 ist beispielsweise ein Riemenantrieb für Falzmaschinen
bekannt, bei dem die Falzwalzen durch einen um die Falzwalzenwellen geschlungenen
endlosen+Flachriemen angetrieben werden. Dieser Antrieb hat gegenüber den Zahnradantrieben
den Vorteil geringerer Geräuschentwicklung, hat aber den Nachteil, daß die Falzwalzen
nicht
synchron angetrieben werden, was die Falzgenauigkeit erheblich
beeinträchtigt.
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Bei den bekannten Zahnradantrieben ist die Hauptantriebswelle oder
-walze ortsfest im Maschinengestell oder -gehäuse gelagert, während die übrigen,
zum Falzwerk gehörenden Falzwalzen gegeneinander beweglich gelagert sind, damit
die Walzen je nach der Stärke des durchlaufenden Bogens oder Bogenheftes gegen Federdruck
ausweichen können, um Störungen zu vermeiden, die auftreten können, wenn der Spalt
zu eng eingestellt ist oder wenn mehr als die vorgesehene Anzahl von Bogen gleichzeitig
einlaufen. Die Zahnräder der beweglich gelagerten Falzwalzen stehen dabei untereinander
direkt im Eingriff, und das Zahnrad der ersten, der Hauptantriebswelle benachbarten
beweglichen Falzwalze steht direkt im Eingriff mit dem Zahnrad der ortsfest gelagerten
Hauptantriebswelle. Wegen des Ausweichens der beweglich gelagerten Falzwalzen ist
der Eingriff der Zähne der einzelnen Zahnräder nicht optimal, d.h.-nicht geometrisch
"richtig", was eine verstärkte Geräuschabstrahlung bewirkt, weil von derart eingestellten
Zahnrädern Schwingungserregungen ausgehen, die sich auf Walzen und andere Teile
der Maschine übertragen. Die Geräuschabstrahlung wird speziell bei Falzmaschinen
dadurch verstärkt, daß es sich um eine Vielzahl parallel angeordneter langer Metallzylinder
gleicher Masse, eben um Falzwalzen, handelt, die synchron angetrieben werden. Bei
der Geräuschabstrahlung der zahnradgetriebenen Wellen und Walzen handelt es sich
deshalb um eine Primärschall-Abstrahlung des Zahnradantriebes selbst und um eine
Sekundärschall-Abstrahlung von den durch die Zahnräder in Schwingung versetzten
Wellen und Walzen und schließlich des ganzen Maschinengestells bzw. Gehäuses.
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Man hat bereits versucht, die Geräuschabstrahlung von Zahnradantrieben
dadurch zu vermindern, daß anstelle der üblichen Metallzahnräder aus hochfesten
Legierungen Zahnräder aus Kunststoff verwendet wurden. Es hat sich jedoch gezeigt,
daß die Kunststoffzahnräder nicht die erforderliche Festigkeit besitzen, um die
bei Wellen und Walzen in Falzmaschinen
üblichen Drehmomente, insbesondere
bei Störungen, beispielsweise beim Überspringen der Zahnräder, zu übertragen bzw.
auszuhalten.
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Man hat deshalb vorgeschlagen (vgl. DE-AS 23 53 961), die Zahnräder
nicht mehr direkt auf die Wellen oder Walzen zu setzen, sondern ortsfest in einer
parallel im Abstand zur Falzwerkwand befestigten Seitenwand zu lagern, wobei dann
Ausgleichskupplungen die Verbindung zwischen Zahnrädern und Falzwalzen herstellen.
Dieser bekannte Zahnradantrieb ist jedoch mit einem erheblichen konstruktiven und
baulichen Aufwand verbunden, wobei zwar der Eingriff der Zahnräder optimiert und
dadurch die Primärschall-Abstrahlung reduziert wird, wobei aber die von den Zahnrädern
ausgehende Schwingungserregung, die zur Sekundärschall-Abstrahlung führt, nicht
beseitigt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zahnradantrieb der
eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem die vom Zahneingriff der Zahnräder
ausgehenden Schwingungserregungen nicht mehr auf Walzen, Wellen und andere Teile
der Falzmaschine übertragen werden, bei dem also die Sekundärschall-Abstrahlung
möglichst vollständig unterdrückt wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem
Zahnradantrieb der eingangs genannten Gattung die Wirkungsverbindung zwischen den
Wellen und Walzen einerseits und den Zahnkränzen der Zahnräder andererseits über
ein mechanische Schwingungen und Schallschwingungen dämpfendes Element formschlüssig
oder kraftschlüssig hergestellt ist.
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Dadurch wird erreicht, daß die aus den Zahneingriffen der Zahnkränze
herrührenden Schwingungen so stark gedämpft werden, daß sie die synchron angetriebenen
Metallzylinder gleicher Masse, die ja die Falzwalzen darstellen, nicht mehr zu solchen
Schwingungen anregen können, die zu Sekundärschall-
Abstrahlung
und damit zur - oft vielfachen - Verstärkung des Primärschalles der Zahnradeingriffe
führen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das
Dämpfungselement aus gummielastischem Werkstoff mit für die Ubertragung des bei
Falzwalzen-Zahnradantrieben üblichen Drehmomentes ausreichender Festigkeit. Vorzugsweise
besitzt das Dämpfungselement eine Shorehärte A von zwischen 70 und 90, und die Dicke
des Dämpfungselementes beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 mm.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet
sich das Dämpfungselement innerhalb jedes einzelnen Zahnrades selbst; bei einer
der dabei möglichen Ausführungsformen ist das Dämpfungselement als gummielastische
Buchse ausgebildet, die den Zahnkranz und die Innenbuchse jedes Zahnrads formschlüssig
miteinander verbindet.
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Bei der bevorzugten Anordnung des Dämpfungselementes innerhalb des
Zahnrades selbst besteht der Zahnkranz jedes Zahnrads vorteilhaft aus hochfestem
Stahl, denn es hat sich gezeigt, daß die Schwingungen, die aus den Zahneingriffen
herrühren und ihrerseits Schwingungen der Walzen und Wellen induzieren, besonders
wirksam dann aufgefangen werden können, wenn die Differenz zwischen dem höheren
Elastizitätsmodul des Zahnkranzes und dem niedrigeren Elastizitätsmodul des Dämpfungselementes
besonders groß ist.
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Ein wesentlicher mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht darin,
daß für den Zahnradantrieb Zahnräder mit Zahnkränzen aus Metall, vorzugsweise auch
aus hochfesten Stählen, verwendet werden können, die im Gegensatz etwa zu Kunststoffzahnrädern
auch hohe Drehmomente übertragen können und die auch das Überspringen von Zahnrädern
beim Auftreten von Störungen aushalten, ohne daß die Zähne abgeschert oder auf sonstige
Weise beschädigt werden, wobei aber gleichzeitig die aus den Zahneingriffen herrührenden
Schwingungserregungen gedämpft oder völlig unterdrückt werden. Bei den bisher bekannten
Zahnradantrieben war es immer nur möglich, entweder die Vorteile von Metallzahnrädern
mit Zahnkränzen aus hochfesten Legierungen bei der Drehmomentübertragung auszunutzen,
wobei man den Nachteil der durch Schwingungsinduktion hervorgerufenen vielfachen
Verstärkung der ohnehin hohen Geräuschabstrahlung in Kauf zu nehmen gezwungen war,
oder aber, etwa durch Verwendung von Kunststoffzahnrädern, den Vorteil der Dämpfung
der aus den Zahneingriffen herrührenden Schwingungserregungen mit dem Nachteil unzureichender
mechanischer Festigkeit der Zahnkränze zu bezahlen.
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Die Herstellung des vorzugsweise gummielastischen Dämpfungselementes
erfolgt nach allgemein bekannten, dem Fachmann geläufigen Methoden. Wenn das Dämpfungselement
innerhalb des Zahnrades selbst angeordnet ist und vorzugsweise die Form einer gummielastischen
Buchse aufweist, wird der gummielastische Werkstoff entweder in einen dafür vorgesehenen
Ringspalt eingegossen, oder das Dämpfungselement wird nach anderen bekannten Verfahren
an geeigneter Stelle in die Wirkungsverbindung zwischen den Wellen und Walzen einerseits
und den Zahnktnzcn der XUhnrndcr andercrseits formschlüssig eingeschoben oder mittels
einer Verklebung befestigt.
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Die Zeichnung zeigt im Schnitt eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Zahnradantriebs für eine Falzwalze, wobei die Walze in Seitenansicht dargestellt
ist: Die Falzwalze 1 ist mit ihren Lagerzapfen 2 und 3 in (nicht gezeichneten) Lagern
des (ebenfalls nicht gezeichneten) Maschinengestells gelagert. Der Lagerzapfen 3
hat einen Ansatz in Form eines Wellenzapfens 4, auf dem das Zahnrad 5 sitzt, das
mit dem Keil 6 und der Gewindemutter 7 auf dem Wellenzapfen 4 befestigt ist. Das
Zahnrad 5 besteht aus dem Metallzahnkranz 8, der gummielastischen Buchse 9 und der
Metallinnenbuchse 10. Die gummielastische Buchse 9 ist dadurch hergestellt worden,
daß der gummielastische Werkstoff in einen dafür vorgesehenen Ringspalt des Zahnrades
5 eingegossen worden ist. Der Zahnkranz 8, die gummielastische Buchse 9 und die
metallische Innenbuchse 10 sind derart miteinander verbunden, daß ein ausreichendes
Drehmoment übertragbar ist. Der Außendurchmesser des Mantels 11 der Innenbuchse
10 ist größer als der Durchmesser des Lagerzapfens 3, so daß der Zahnkranz 8 wegen
der Einschiebung der gummielastischen Buchse 9 keine metallische Berührung mit der
Falzwalze 1 hat. Vom Zahnk-ranz 8, der ja in den entsprechenden Zahnkranz der in
derselben Ebene dahinter und/oder-davor parallel angeordneten Falzwalze gleicher
Größe und Masse eingreift, können keine Schwingungen auf die Falzwalze und über
die Lager auf das ganze Maschinengestell übertragen werden und somit auch keine
Schwingungen der Wellen, Walzen und des Gestells erregen. Das zwischen der Gewindemutter
7 und der Innenbuchse 10 befindliche Sicherungsblech 12 verhindert das Abdrehen
der Gewindemutter 7.
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Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung, die in der Zeichnung
nicht dargestellt sind, werden die Zahnkränze der Zahnräder durch seitlich befestigte
Naben mit der Welle verbunden.