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Die
Erfindung betrifft einen Einstellmechanismus zur Zonensteuerung
eines Farbrakels in Bezug auf eine Ductorwalzenoberfläche in einer
Druckpresse mit einem Rahmen, wobei dieser Einstellmechanismus über mehrere
Verstelleinrichtungen verfügt,
die mit dem Farbrakel in Kontakt stehen und in einer Längsrichtung
zur Ductorwalze und von dieser weg beweglich sind. Die Erfindung
betrifft auch ein Verfahren zur Zonensteuerung einer Farbschichtdicke
auf einer Ductorwalze durch Einstellen der Position eines Farbrakels
in Bezug auf eine Ductorwalzenoberfläche in einer Druckpresse, bei
welchem Verfahren mehrere Verstelleinrichtungen in Kontakt mit dem
Farbrakel unabhängig
voneinander in einer Längsrichtung
zur Ductorwalze und von dieser weg bewegt werden.
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Farbrakel
werden in Farbzuführeinheiten
von Druckpressen, insbesondere Rotationsdruckpressen wie Offsetdruckmaschinen,
gemeinsam mit einer Ductorwalze oder einer als Farbquelle dienenden Walze
verwendet, um die Dicke einer der tatsächlichen Druckwalze zugeführten Farbschicht
zu steuern und um auch die Farbmenge auf dem Druckblatt zu steuern.
Die Veröffentlichung
EP-0 425 432 beschreibt ein Farbrakel, dessen freier, der Ductorwalze
zugeordneter Endabschnitt über
mehrere Schlitze oder Einschnitte verfügt, die orthogonal zur Längsrichtung
des freien Endes verlaufen, um eine Zonenunterteilung oder Zungen
des Farbrakels zu bilden. Ein individuelles Verbiegen jedes Zonensegments zur
Ductorwalze und von dieser weg ändert
den Spalt zwischen der Ductorwalze und diesen Zonensegmenten des
freien Endabschnitts. Dieses Verbiegen erfolgt durch Einstellmechanismen,
die nebeneinander so angeordnet sind, dass der Kopf der Einstellschraube
in jedem der Mechanismen nicht fest mit einem der Zonensegmente
verbunden ist. Diese Einstellmechanismusart ist in der Veröffentlichung
EP-0 425 432 offenbart. Die Einstellschraube ist mit einer durch
eine Querschiene verlaufende Zonenschraube versehen, wodurch durch
Verdrehen der Zonenschraube in der einen oder der entgegengesetzten Richtung
der Kopf der Einstellschraube verstellt wird, der die Zunge des
Farbrakels mehr oder weniger verbiegt. Dieser Typ einer variablen
Verbiegung ändert den
Spalt zwischen der Ductorwalze und der Zunge des Farbrakels und
beeinflusst so die Dicke der Farbschicht auf der Ductorwalze. Die
Position des Kopfs wird durch ein Messge rät angezeigt, das die Umdrehungen
der Zonenschraube anzeigt. Diese Art von Einstellmechanismen unter
Verwendung von Schrauben, Zahnrädern,
Hebeln oder dergleichen verfügt über mehrere
Nachteile. Da zumindest ein Teil des Mechanismus in zwei zueinander
entgegengesetzten Richtungen bewegt werden muss, bewirkt das immer vorhandene,
unvermeidliche Spiel oder Nachlaufen zwischen den mechanischen Komponenten
eine unkontrollierte Abweichung gegenüber der erstrebten Farbschichtdicke.
Ferner kann die Größe des Einstellmechanismus
in der Praxis nicht in beliebigem Ausmaß miniaturisiert werden, und
so ist die Breite der Zungen auf 25 mm oder mehr begrenzt. Diese unterste
Grenze behindert es, die bestmögliche Steuerung
der Farbschichtdicke zu erzielen. Das unterschiedliche Biegeverhältnis benachbarter
Zungen des Farbrakels erzeugt laterale Unterbrechungen im freien
Endabschnitt, woraufhin in den Einschnittsflächen zwischen den Zungen sich
entlang dem Umfang der Ductorwalze erstreckende Farbstreifen gebildet
werden, die auch zu Streifen im endgültigen Druck führen. Auch
ist die Konstruktion dieser Art von Einstellmechanismen kompliziert,
und es sind Herstellmethoden hoher Genauigkeit erforderlich, was beides
höhere
Herstellkosten verursacht.
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Die
Veröffentlichung
US-4 328 748 entsprechend einer Weiterentwicklung zu DE-29 51 653
offenbart eine Farbquelle vom Typ mit mehreren Zumessrakeln, die
dicht nebeneinander angeangeordnet sind und über eine Zumesskante verfügen, die der
Quellenwalze zugewandt ist. Die Zumessrakel sind in kleine Gruppen
gleicher Größe unterteilt,
wobei jede Gruppe an einem beweglichen Träger gehalten ist. Zwischen
jedes Rakel und seinen Träger
ist ein Satz von Anschlägen
eingefügt,
um Folgendes zu definieren: eine ausgelenkte Referenzposition, an der
die zugewandten Kanten der Rakel am Träger ausgerichtet sind; und
eine relativ zurückgezogene Zuführposition,
in der das Rakel um einen vorbestimmten Wert zurückgezogen ist, um einen Spalt zum
Zuführen
von Tinte an der durch es gesteuerten Zonenposition zu bilden. Jedes
Rakel verfügt über eine
Feder, um es zwangsweise in seine ausgelenkte Position vorzubelasten;
zwischen jedes Rakel und seinen Träger ist ein individuelles Kraft-Stellglied
eingefügt,
um das Rakel in seine Zuführposition
zurückzuziehen.
Es ist eine Steuerungsvorrichtung zum Aktivieren der Stellglieder
für Zeitperioden
vorhanden, die den Farbanforderungen der Zonenposition entsprechen,
einschließlich
einer Maßnahme
zur Gewährleisten,
dass dauernd mindestens eines der Zumessrakel in jeder Gruppe seine
ausgelenkte Referenzposition einnimmt. Eine zwischen den Rahmen der
Taucheinrichtung und jeden Träger
eingefügte Vorspannfeder
drückt
den Träger
in der Richtung der Tauchwalze, so dass das ausgelenkte Rakel darauf als örtliche
Kali briervorrichtung für
die zurückgezogenen
Rakel in der Gruppe wirkt.
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Die
Gebrauchsmusterveröffentlichung DE-U-91
12 926 offenbart eine Vorrichtung zum zonenweisen Zumessen eines
Fluids auf einer Walze in einer Druckmaschine durch zonenweise Zumesselemente,
die abwechselnde Halte- und Zumessgebiete zeigen, die in der axialen
Richtung der Walze angeordnet sind. Die Haltegebiete liegen dauernd
an der Walze an, und die Zumessgebiete sind unabhängig voneinander
auf verschiedene Abstände
gegenüber der
Walzenoberfläche
beweglich. Die Zumessgebiete sind als piezoelektrische Positionierelemente
konzipiert, die durch eine hohe Spannung betrieben werden. Piezoelektrische
Materialien verfügen über eine geringe
Dehnung von ungefähr
100–300
ppm, und so verfügen
die Zumessgebiete aus piezoelektrischen Materialien über nicht
praxisgerechte Längen,
um den erforderlichen Einstellweg zu erzielen. Die Zumesselemente
gemäß DE-U-91
12 926 bilden kein Farbrakel, das den Boden eines Farbkastens bildet, wie
die Zungen gemäß EP-0 425
432, sondern sie bilden eine gesonderte Vorrichtung, die die überschüssige Farbe
von der Walze abschabt, nachdem der Farbkasten die Farbe ausgebreitet
hat.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Einstellmechanismus
und ein Verfahren zur Zonensteuerung eines Farbrakels in Bezug auf
eine Ductorwalze zu schaffen, mit denen eine genaue Änderung
des Spalts zwischen der Walzenoberfläche und der Kante des Farbrakels
erzielt wird, wobei die Änderungsbewegung
des Spiels so klein wie möglich sein
sollte oder die Änderung
spielfrei sein sollte. Die zweite Aufgabe der Erfindung ist es,
einen Einstellmechanismus zu schaffen, der es ermöglicht,
die Breiten der Zungen des Farbrakels zu minimieren. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Einstellmechanismus zu schaffen,
durch den Farbstreifen auf der Ductorwalze in beträchtlichem
Ausmaß vermieden
werden können.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Einstellmechanismus und
ein Verfahren zu schaffen, die eine Automatisierung der genannten
Zonensteuerung, aber nicht notwendigerweise eine Spielregulierung,
ermöglichen.
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Mittels
eines erfindungsgemäßen Einstellmechanismus,
wie er im Anspruch 1 definiert ist, und eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
wie es im Anspruch 13 definiert ist, können die oben beschriebenen
Probleme überwunden
und die oben definierten Aufgaben gelöst werden.
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Die
Erfindung beschreibt ein neues Prinzip zum Erzielen einer kleinen
Bewegung der Kante des Farbrakels oder besonders kleiner Bewegungen
der Kanten der Farbrakelsegmente. Dieses neue Prinzip nutzt einen
Stab aus einem Form gedächtnismaterial (SMM
= shape memory material), der eine Verbindung zwischen dem Rahmen
der Druckpresse und dem Kantengebiet des Farbrakels herstellt. In
diesem Zusammenhang soll das Formgedächtnismaterial (SMM) jedes
Materials mit irgendeiner Art von Wiederholbarkeit, d.h. einem Gedächtnis,
die durch irgendeine Maßnahme
erzielt wird, bedeuten. So besteht für die Gedächtniseigenschaften des SMM
keine Einschränkung
auf einen speziellen Typ einer Umformung, sondern sie beruhen auf
irgendeiner Umformung im Material. Demgemäß kann ein Formgedächtnismaterial
(SMM) seine Form oder Abmessung auf Grund einer Umformung ändern, die
durch eine Temperaturänderung
oder eine Änderung
der Stärke
oder der Richtung eines Magnetfelds oder eine Änderung der Stärke oder
Richtung einer elektrischen Spannung oder eines Stroms verursacht wird.
Ein Material mit nur einer durch einfache Wärmeexpansion hervorgerufenen
Volumenänderung wird
nicht als SMM angesehen, jedoch sind Formänderungslegierungen (SMA) beliebigen
Typs, elektrostriktive Materialien, magnetostriktive Materialien
sowie piezoelektrische Materialien in der Gruppe der Formänderungsmaterialien
(SMM) enthalten. Der Hauptvorteil der Verwendung von SMM-Stäben gemäß der Erfindung
besteht darin, dass die Länge
des Stabs elektrisch oder elektronisch mit hoher Genauigkeit gesteuert
werden kann, wodurch eine Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Bewegung
der Kante des Farbrakels in der Größenordnung von 1 μm erzielt
werden können.
Es ist auch möglich,
eine Bewegung der Kante ohne jedes merkliche Spiel zu erzielen.
Ein anderer Vorteil der Verwendung von SMM-Stäben
gemäß der Erfindung
besteht darin, dass die Breite der Rakelsegmente zumindest bis auf 12
mm herunter verringert werden kann. Ferner ist es unter Verwendung
der neuartigen Konstruktion der Farbrakelsegmente möglich, Farbstreifen
zwischen den Rakelsegmenten oder -zungen zu vermeiden. Alle diese
Merkmale der Erfindung sind von Wirkung beim Minimieren der Größe der gesamten
Farbtaucheinrichtung in der Druckpresse und beim Minimieren der
erforderlichen Investition. Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
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1A veranschaulicht
schematisch die erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Einstellmechanismus
zur Zonensteuerung eines Farbrakels, bei dem die Segmente des Farbrakels
linear verstellt werden, mit teilweise einer perspektivischen Ansicht
und teilweise einem Querschnitt orthogonal zur Achsenlinie der Ductorwalze.
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1B veranschaulicht
schematisch eine alternative Konfiguration der Verstelleinrichtung
bei der ersten Ausführungsform
gemäß der 1A,
und mit derselben Ansicht wie in der 1A.
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2A veranschaulicht
schematisch die zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Einstellmechanismus
zur Zonensteuerung eines Farbrakels, bei der die Segmente des Farbrakels
durch Umbiegen verstellt werden, mit derselben Ansicht wie in der 1A.
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2B veranschaulicht
ein Detail zum Ändern
der Temperatur des Stabs in der Verstelleinrichtung der zweiten
Ausführungsform
des Einstellmechanismus gemäß der 2A im
Gebiet II der 1A, und mit größerem Maßstab dargestellt.
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3 veranschaulicht
schematisch die dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Einstellmechanismus
zur Zonensteuerung eines Farbrakels, bei der die Segmente des Farbrakels
durch Umbiegen verstellt werden, auf dieselbe Weise wie in den 1A und 2A.
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4 veranschaulicht
detaillierter die Steuerung der Farbschichtdicke durch den Spalt
zwischen der Ductorwalze und dem Farbrakel im Gebiet I der 1A und
mit demselben Querschnitt, jedoch mit größerem Maßstab.
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5 zeigt
beispielhaft die Kräfte,
wie sie bei einer Handsteuerung des Farbrakels erfasst werden, bis
es zu einem Kontakt zwischen der Kante desselben und der Ductorwalze
kommt und das Spiel in den Lagern der Ductorwalze zumindest teilweise
an seine eine Grenze verschoben wird. Diese Punkte werden zum Initialisieren
der Positionierungsdaten verwendet.
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6 veranschaulicht
die Entstehung von Farbstreifen über
die Abstände
zwischen benachbarten Rakelsegmenten bei deren Verbiegen, in derselben
perspektivischen Ansicht wie der der 1A.
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7 veranschaulicht
eine mögliche
Konfiguration der Längs-Gleitseiten
der getrennten Rakelsegmente bei der Erfindung, gesehen in der Richtung III
in der 1A.
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Farbtauchvorrichtungen,
deren Hauptkomponenten in den Figuren dargestellt sind, verfügen über ein
Farbrakel 2 und eine Ductorwalze 4. Die Ductorwalze
dreht sich in einer Richtung R, und das Farbrakel 2 verfügt über eine
zu ihr benachbarte Einfärbungskante 23,
so dass zwischen der Außenfläche 5 der
Ductorwalze ein variabler und kontrollierter Spalt 40 besteht.
Die Rotationsrichtung R zeigt im Gebiet der Einfärbungskante 23 nach
unten, und das Farbrakel ist im Vergleich zur Horizontalen zumindest etwas
so verkippt, dass die Einfärbungskante 23 unter
dem gegenüberstehenden
Kantengebiet 33 liegt. So ist zwischen der Oberseite 35 des
Farbrakels und der Oberfläche 5 der
Ductorwalze über
dem Farbrakel eine nach oben offene Wanne 30 gebildet,
um eine Farbmenge aufzunehmen, wie es in der 4 dargestellt
ist. Wenn unter der Oberseite 35 des Farbrakels 2 eine
Halteplatte 36 für
dasselbe parallel zu ihm positioniert ist, kann sich die aufgenommene
Farbe selbstverständlich
auch etwas auf diese Halteplatte 36 erstrecken. Die Weite
G des Spalts 40 definiert die Dicke B der Farbschicht 29 unter
der Einfärbungskante 23 auf
der Außenfläche 5 der
Ductorwalze, und die Farbschicht wird dann zur Weiterverwendung
in der Druckpresse von der Ductorwalze entfernt. Dieses Entfernen
ist in den Figuren nicht dargestellt. Diese Weite G des Spalts 40 wird
durch einen Einstellmechanismus, der später detailliert erörtert wird,
geändert
und kontrolliert. Die Ductorwalze verfügt über eine durch in den Figuren
nicht dargestellte gelagerte Achse 26 im Rahmen 10 der
Druckpresse. Das Farbrakel 2 und seine wahlweise vorhandene Halteplatte 36 sind
am Körper 27 des
Einstellmechanismus oder einem getrennten Körper 27 angebracht.
Der erfindungsgemäße Einstellmechanismus kann
in diesen Körper
eingebaut sein, wie es in der 1A dargestellt
ist, oder der erfindungsgemäße Einstellmechanismus
kann innerhalb eines gesonderten Körpers 37 positioniert
sein, wie es in den 2A und 3 dargestellt
ist. Diese Körper 27, 37 werden
ebenfalls auf eine in den Figuren nicht dargestellte Weise am Rahmen 10 befestigt – was in
der 1A schematisch durch eine strichpunktierte Linie markiert
ist.
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Gemäß einer
ersten Erscheinungsform der Erfindung verfügt der Einstellmechanismus über mehrere
Verstelleinrichtungen 1 in Kontakt mit dem Farbrakel 2 und
Verstellbarkeit in einer Längsrichtung
P1, P2 zur Ductorwalze 4 hin und von ihr weg. Es ist immer
eine Verstelleinrichtung 1 so angeordnet, dass sie ein
Farbrakelsegment 3a, 3b, 3c, 3d,
... bewegt oder verformt, wobei die Bezugszahl 3 dazu verwendet
wird, Farbrakelsegmente allgemein oder irgendeines derjenigen Farbrakelsegmente,
die später
beschrieben werden, zu bezeichnen. Demgemäß wird jedes Farbrakelsegment,
das eine Zone bildet, individuell verstellt und eingestellt, was
eine Zonensteuerung des Farbrakels bedeutet. Jede der Verstelleinrichtungen 1 gemäß der Erfindung
verfügt über mindestens
einen Stab 6 aus einem Formgedächtnismaterial SMM mit einer
Länge L
zumindest teilweise in der genannten Längsrichtung P1, P2. Jede der Verstelleinrichtungen 1 gemäß der Erfindung
verfügt auch über eine
Aktivierungseinrichtung 7 oder 8 oder 9.
Das erste Ende 11 des Stabs oder der Stäbe 6 wird mittels
des Körpers 27 oder 37 durch
das Rahmen 10 gehalten, und das zweite Ende 12 des
Stabs oder der Stäbe 6 ist
so ausgebildet, dass es an einem der Einfärbungskante 23 benachbarten
Punkt mit dem Farbrakel 2 in Kontakt steht. In den 1A und 2A verfügt die Verstelleinrichtung 1 nur über einen
Stab 6 und in der 3 verfügt die Verstelleinrichtung 1 über mehrere
Stäbe 6,
die parallel miteinander verbunden sind. Es ist auch möglich, mehrere
Stäbe in einer
Reihe miteinander zu verbinden.
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Der
SMM-Stab oder die Stäbe 6 sind
so im Körper 27 oder 37 angeordnet,
dass die Längsabmessung,
die Länge
L, um den Wert ±ΔL frei geändert werden
kann. Dies bedeutet, dass das erste Ende 11 stationär an einem
Abschnitt 38 des Körpers 27 oder 37 vorliegt
und das zweite Ende 12 verstellbar ist, wodurch die Länge L ± ΔL durch die
Aktiviereinrichtung 7 oder 8 oder 9 der
Verstelleinrichtung 1 gemäß der Erfindung verändert wird.
Das zweite Ende 12 des mindestens einen Stabs ist an einem Kontaktteil 39 oder
einem Verbindungsteil 24 befestigt, das in Richtungen P1,
P2 im Inneren linear verstellbar ist, mit einer Führung in
Abschnitten 34 durch den Körper 27, 37,
wie es aus den Figuren leicht ersichtlich ist. Das Kontaktteil 39 verfügt über eine Nase 28,
die sich an der Unterseite 25 des Farbrakelsegments 3 bewegt
und dasselbe K verbiegt, woraufhin sich die Weite G des Spalts 40 ändert, wie
es aus den 2A und 3 erkennbar
ist, da die Rakelsegmente 3 federnd sind. Das Verbindungsteil 24 ist stabil
an einem Rakelsegment 3 angebracht, wodurch die Farbrakelsegmente
in Richtungen P1, P2 bewegt werden, wenn sie zwischen der Halteplatte 36 und
dem Fuß 41 des
Körpers 27 gleiten,
woraufhin sich die Weite G des Spalts 40 ändert, wie
es aus den 1A und 4 ersichtlich
ist. Die Weite G des Spalts 40 zwischen der Walzenoberfläche 5 und der
Einfärbungskante 23 stellt
die Dicke B der Farbschicht 29 auf der Oberfläche 5 der
Ductorwalze 4 ein, was in der 4 sichtbar
gemacht ist. Abhängig vom
SMM-Typ des Stabs 6 kann die Anfangslänge L zwischen 7 mm und 30
mm liegen, wobei sich die Weite G des Spalts von 0 mm bis 0,5 mm
und umgekehrt ändern
kann. Die entgegengesetzten Richtungen P1, P2 zur Ductorwalzenoberfläche 5 hin
und von ihr weg sind dergestalt, dass sie über einen wesentlichen Teilvektor
in der Richtung von der Einfärbungskante 23 zur
Mittellinie der Achse 26 verfügen, wenn eine Aufteilung in
zwei zueinander orthogonale Teilvektoren erfolgt.
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Bei
den ersten Ausführungsformen
der Erfindung, wie sie in den 1A und 1B dargestellt sind,
werden der Stab 6 oder die Stäbe aus einem ersten Formgedächtnismaterial
SMM hergestellt, das ein auf ein Magnetfeld reagierendes Material
ist, und die Aktivierungseinrichtung 7 ist dergestalt,
dass sie im Stab oder den Stäben
eine Magnetfeldstärke
H ± ΔH erzeugt.
Das auf ein Magnetfeld reagierende Material ist eine Legierung auf
Nickel-Gallium-Mangan-Basis oder eine Legierung auf Eisen-Chrom-Bor-Silicium-Basis
oder eine Legierung auf Eisen-Kobalt-Titan-Basis oder eine Legierung
auf Eisen-Nickel-Kohlenstoff-Basis oder eine Legierung auf Eisen-Mangan-Stickstoff-Basis
oder irgendeine andere bekannte oder neue Legierung oder Material. Diese
Arten von Materialien sind z. B. in den Veröffentlichungen SU-161 1980;
Kyprianidis et al. – "Magnetic phase transition
in FeCrBSi alloys",
Journal of Magnetism and Magnetic Materials 161 (1996), 203–208, Websites
et al. – "Magnetic order and
phase transformation in Ni2MnGa", Philosophical Magazine
B. Vol. 49, No. 3 (1984), 295–310,
Kakeshita et al. – "Magnetoelastic martensitic
transformation in an ausagen Fe-Ni-Co-Ti alloy", Scripta Metallurgica, Vol. 19, No.
8 (USA 1985), 973–976;
US-5 958 154 und US-6 157 101. Eine hohe Dehnung bis zu 5%–6% und
eine hohe Ausgangsenergiedichte pro Masseneinheit sind die Vorteile
dieser Art von Legierungen. Es werden keine Einzelheiten zu Zusammensetzungen,
Kornstrukturen und Phasenübergängen erörtert, da
es die Erfindung auf die Verwendung von Formspeichermaterialien,
Nichtformspeichermaterialien selbst, abgesehen hat. Die Aktivierungseinrichtung kann
entweder eine um den mindestens einen Stab 6 verlaufende
Wicklung 7 oder eine Wicklung 7 um einen Kern 13 aus
ferromagnetischem Material, dessen Enden 14a, 14b mit
dem mindestens einen Stab 6 in Kontakt stehen, sein. Wenn
der Wicklung 7 eine bestimmte elektrische Spannung U und
ein Strom 2 zugeführt
werden, wird im mindestens einen Stab eine definierte Magnetfeldstärke H erzielt,
die eine Dehnung s im mindestens einen Stab verursacht, wodurch
sich die Länge
L ± ΔL des mindestens
einen Stabs ändert.
Demgemäß wird durch
Bereitstellen einer höheren
oder niedrigeren elektrischen Spannung/Strom U ± ΔU, I ± ΔI für die Aktivierungseinrichtung 7,
in diesem Fall die Wicklung, die Magnetfeldstärke H im mindestens einen Stab 6 um
den Wert ±ΔH geändert, wobei
die Magnetfeldstärke
allgemein H ± ΔH ist, woraufhin
sich die Längsabmessung
L ± ΔL des mindestens
einen Stabs ändert,
wodurch die Position des Farbrakels, d.h. die Weite G des Spalts 14,
eingestellt wird.
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Bei
der zweiten Ausführungsform,
die allgemein in der 2A dargestellt ist, werden der
Stab 6 oder die Stäbe
aus einem zweiten Formgedächtnismaterial
SMM hergestellt, das ein temperaturempfindliches Material ist, und
die Aktivierungseinrichtung 8 ist dergestalt, dass sie
im Stab oder den Stäben
eine Temperatur T ± ΔT erzeugt.
Das temperaturempfindliche Material ist eine Legierung auf Titan-Nickel-Basis,
wobei dieser Typ von Legierungen kommerziell von mehreren Firmen,
z. B. unter den Namen "Nitinol", erhältlich ist.
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Diese
Typen von Legierungen werden allgemein als Formgedächtnislegierung
bezeichnet, und sie bilden bei invertierten Temperaturänderungen
einen Martensit ↔ Austenit-Übergang,
dessen Temperatur irgendwo zwischen –100°C und +100°C ausgewählt werden kann. Eine hohe
Dehnung von bis zu ungefähr
5% und eine hohe Ausgangsenergiedichte pro Masseneinheit sind die
Vorteile auf dieser Art von Legierungen. Die Aktivierungseinrichtung
kann vorzugsweise aus einem oder mehreren Peltier-Elementen 8 mit
mindestens einer aktiven 15a am mindestens einen Stab 6 und
mindestens einer zweiten aktiven Fläche 15b, die außen mit
einem Wärmeleiter 18 verbunden
sind und durch eine Wärmeisolierung 16 gegen
den mindestens einen Stab wärmeisoliert sind,
bestehen. Peltier-Elemente sind praxisgerecht, da sie den mindestens
einen Stab erwärmen
können, wenn
ein Strom I in einer Richtung läuft,
und sie den mindestens einen Stab kühlen können, wenn der Strom I in der
entgegengesetzten Richtung läuft,
wobei der Heiz- und Kühleffekt
von der Stromstärke
abhängt.
Zum Zweck der Erfindung werden eine höhere oder niedrigere elektrische
Spannung/Strom U ± ΔU, I ± ΔI und/oder
eine umgekehrte elektrische Spannung/Strom ±U, ±I in die Aktivierungseinrichtung 8,
in diesem Fall Peltier-Elemente, geleitet, woraufhin verschiedene
Wärmeflüsse T⇅ zum oder
vom Stab oder momentan keine Wärmeflüsse erzielt
werden, was verschiedene Temperaturen T ± ΔT im mindestens einen Stab hervorruft.
Demgemäß wird im
mindestens einen Stab 6 eine Temperaturänderung ±ΔT erzeugt, woraufhin sich die
Längsabmessung
L ± ΔL des mindestens
einen Stabs ändert,
wodurch die Position des Farbrakels, d.h. die Weite G des Spalts 40, eingestellt
wird.
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Zur
Konstruktion der zweiten Ausführungsform
der Erfindung wird weiter offenbart, dass die zweiten aktiven Flächen 15b der
Peltier-Elemente z. B. mit Wärmeleitern 18 in
Kontakt stehen, die wie zum Kühlen
von Leistungshalbleitern verwendete Rippen, die kommerziell verfügbar sind,
ausgebildet sein können,
wobei der Raum zwischen benachbarten Peltier-Elementen und Wärmeleitern
durch eine Wärmeisolierung 16 ausgefüllt ist
und diejenigen Flächen
der Wärmeleiter 18,
die vom mindestens einen Stab 6 weg zeigen, sind in einen
Kühl-/Heizkanal 19 geöffnet, durch
den ein geeignetes Fluid zugeführt wird,
um Wärme
in der einen oder der entgegengesetzten Richtung auszutauschen.
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Bei
der dritten Ausführungsform
der Erfindung, die in der 3 dargestellt
ist, werden der Stab oder die Stäbe 6 aus
einem dritten Formgedächtnismaterial
SMM hergestellt, das ein spannungsempfindliches Material ist, insbesondere
ein elektrostriktives Material oder ein Elektrostriktor, und die
Aktivierungseinrichtung 9 ist dergestalt, dass sie eine
elektrische Spannung U ± ΔU und einen
Strom I ± ΔI in den
Stab oder die Stäbe
liefert. Die Elektrostriktionsmaterialien sind typischerweise Oxidkeramiken
mit "Perovskit" struktur, wobei
es sich um allgemein bekannte Definition handelt. "Perovskit" verbindungen haben
die allgemeine Formel ABO3, wobei das Kation
A relativ groß ist
und über
niedrige Valenz verfügt – wie Ba2+, Sr2+, Ca2+, Pb2+, La3+, Sm3+, Nd3+, Bi3+, K1+ usw. – und
das Kation B relativ klein und von hoher Valenz ist – wie Ti4+, Zr4+, Sn4+, W6+, Nb5+, Ta5+, Fe3+, Mn3+, Mg2+, Zn2+, Ni2+, usw. Ein Bleimagnesiumniobat-Keramikmaterial
ist ein Beispiel, und das elektrostriktive Material ist vorzugsweise
ein einkristallines Elektrostriktionsmaterial, wobei eine relativ
hohe Dehnung von bis zu ungefähr
2% und eine mittlere Ausgangsenergiedichte pro Masseneinheit die
Vorteile dieser Materialart sind. Betreffend die Stärke der Dehnung,
d.h. die verfügbare Änderung ±ΔL einer Abmessung
L des mindestens einen Stabs sei darauf hingewiesen, dass der zugehörige Effekt
durch eine geeignete Geometrie zwischen der Verstellrichtung P1,
P2 der Verstelleinrichtung und der Position und der Richtung des
Farbrakels 2 in Bezug auf die Ductorwalze 4 maximiert
werden kann. Durch einen Zusatzmechanismus wie Hebel und/oder eine
spezielle Konfiguration des Farbrakels kann die Abmessungsänderung ±ΔL etwas verstärkt werden,
wobei es dann jedoch schwierig ist, ein Spiel vollständig zu vermeiden.
Magnetostriktive Materialien verfügen über eine mäßige Dehnung von ungefähr 1500
ppm, und piezoelektrische Materialien zeigen eine geringe Dehnung
von ungefähr
100–300
ppm, und daher sind magnetostriktive und piezoelektrische Materialien
zumindest derzeit nicht zur Verwendung als SMM-Stab gemäß der Erfindung
praxisgerecht. Es ist jedoch zu bedenken, dass dauernd neue Materialien
entwickelt werden, und so kann sich die Situation in der Zukunft ändern. Einzelheiten
zur Zusammensetzung, Kornstrukturen und Phasenübergängen werden nicht erörtert, da
die Erfindung auf die Nutzung von Formgedächtnismaterialien, nicht Formgedächtnismaterialien
selbst, abzielt. Die Aktivierungseinrichtung besteht aus einem oder
mehreren elektrischen Leitern 9 in Kontakt mit dem mindestens
einen Stab 6. Wenn über
die Aktivierungseinrichtung 9, d.h. die Leiter, eine gesteuerte
höhere
oder niedrigere elektrische Spannung U ± U an die Stäbe 6 angelegt
wird, wird auch ein entsprechender elektrischer Strom I ± ΔI durch den
mindestens einen Stab 6 geleitet. Demgemäß wird eine Änderung ±ΔU, ±ΔI betreffend
die Spannung zwischen den Enden 11, 12 des mindestens
einen Stabs und den Strom durch den mindestens einen Stab 6 erzeugt,
wodurch die Längsabmessung
L ± ΔL des mindestens
einen Stabs geändert wird,
wodurch die Position des Farbrakels, d.h. die Weite G des Spalts 40,
eingestellt wird.
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Gemäß einer
zweiten Erscheinungsform der Erfindung verfügt das Farbrakel 2 über mehrere
Rakelsegmente 3a, 3b, 3c, 3d,
..., die voneinander getrennt und zueinander benachbart sind, und
die über der
Oberfläche 5 der
Ductorwalze 4 gegenüberstehende
Einfärbungskanten 23 und
Längsseiten 22 verfügen, die
im Wesentlichen orthogonal zu den Einfärbungskanten 23 verlaufen,
wobei sie miteinander in Gleitkontakt stehen, wie es in der 7 veranschaulicht
ist. Jedes der Rakelsegmente 3 ist, durch ein Verbindungsteil 24,
am mindestens einem Stab 6 in jeder Verstelleinrichtung
befestigt, wie oben beschrieben. Der Stab oder die Stäbe 6 verlaufen
im Wesentlichen parallel zu den Längsseiten 22 der Rakelsegmente 3a, 3b, 3c, 3d,
..., und sie sind stabil mit einem Verbindungsteil 24 an
derjenigen Unterseite 25 jedes Rakelsegments befestigt,
die von der Ductorwalze 4 weg zeigt. Um zwischen benachbarten Rakelsegmenten 3a, 3b, 3c, 3d,
... Farbdichtigkeit zu erzielen, sind die Längsseiten 22 vorzugsweise
mit z. B. Stufen, wie in der 7, oder
Rillen oder dergleichen, mit zueinander passender Konfiguration,
an den entgegengesetzten Seiten benachbarter Rakelsegmente 3 versehen.
Bei dieser beschriebenen Alternative verhindert die Halteplatte 36 ein übermäßiges Verbiegen
der Rakelsegmente 3, und sie hält diese auf einem Niveau.
In diesem Fall können
die Blattsegmente 3a, 3b, 3c, 3d,
... ziemlich steif sein, da kein Verbiegen erforderlich ist. Da
die Rakelsegmente 3a, 3b, 3c, 3d, 3e,
... voneinander unabhängig oder
getrennt sind, bewegt sich jedes durch seine eigene Verstelleinrichtung 1 linear
in seiner Gesamtheit, um den Spalt 40 einzustellen. Es
existieren minimal 10 Rakelsegmente sowie 10 Verstelleinrichtungen 1 in
einem Einstellmechanismus, jedoch liegt eine typische Menge von
Rakelsegmenten 3 und Verstelleinrichtungen 1 in
der Größenordnung
von 60 bis 100. Das Leck bei der herkömmlichen Konstruktion der Rakelsegmente 3a, 3b, 3c, 3d,
..., bei der die Segmente integraler Teil des Farbrakels 2 sind
und durch Schlitze 45 mit begrenzter Tiefe in einer Richtung
orthogonal zur Einfärbungskante 23 gebildet sind,
ist in der 6 dargestellt. Wenn ein Rakelsegment 3 mehr
als ein benachbartes Rakelsegment verbogen wird, bildet sich zwischen
den Seiten 22' der
Rakelsegmente ein lateraler Abstand 43, woraufhin es zu
einem Farbleck kommt, was sich durch Farbstreifen 44 auf
der Ductorwalze oder zumindest auf einem bedruckten Blatt zeigt.
So ist die Konfiguration des Farbrakels mit getrennten und linear
beweglichen Rakelsegmenten, wie zu Anfang dieses Kapitels beschrieben,
im Vergleich zur Konfiguration bevorzugt, bei der das Farbrakel über integrale
und sich verbiegende Rakelsegmente verfügt.
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Der
Einstellmechanismus verfügt
auch über eine
Steuerungseinheit 20, die eine gesteuerte elektrische Spannung/Strom
U, I an die Aktivierungseinrichtung liefert, oder genauer gesagt,
werden eine höhere
oder niedrigere elek trische Spannung/Strom U ± ΔU, I ± ΔI und/oder eine umgekehrte elektrische Spannung/Strom ±U, ±I an die
Aktivierungseinrichtungen 7; 8; 9 für den mindestens
einen Stab 6 geliefert, woraufhin sich die Magnetfeldstärke H oder
die Temperatur T oder die Spannung/der Strom U, I im Stab entsprechend ±ΔH; ±ΔT; ±ΔU, ±ΔI ändert, wodurch
sich die Abmessung L + ΔL
des mindestens einen Stabs ändert,
wodurch die Position des Farbrakels eingestellt wird. Gemäß der Erfindung
verfügt der
Mechanismus ferner über
einen ersten Kraftsensor 31, der zwischen dem mindestens
einen Stab 6 und dem Rahmen 10 positioniert ist,
um eine im mindestens einen Stab vorhandene Längs-Kompressionskraft F zu
erfassen. Mittels dieses ersten Kraftsensors 31 kann der
mechanische Kontaktpunkt, der in der 5 mit G
= ±0
markiert ist, zwischen der Ductorwalzenoberfläche 5 und der Einfärbungskante 23 als
Reaktion der Kompressionskraft F während der Bewegung der Rakelsegmente
zur Walze und gegen diese erfasst werden. Dieser Schritt wird vor Herstell-/Druckschritten
dadurch ausgeführt,
dass die genannte elektrische Spannung/der Strom an die Aktivierungseinrichtung 7; 8; 9 geliefert
wird, wodurch das Farbrakel 2 in der Richtung P1 zur Ductorwalzenoberfläche 5 und
gegen diese angetrieben wird. Die Werte der elektrischen Spannung
und/oder des Stroms UX, IX zum
Kontaktzeitpunkt werden in einem Speicher gespeichert, um später zur
Steuerung der Dicke B der Farbschicht 29 verwendet zu werden. Der
Mechanismus verfügt
ferner über
einen zweiten Kraftsensor 32, der zwischen der Achse 26 der
Ductorwalze 4 und dem Rahmen 10 an derjenigen
Seite der Ductorwalze positioniert ist, die vom Farbrakel 2 abgewandt
ist. Mittels dieses zweiten Kraftsensors 32 der in der 5 mit –g markierte
Punkt, in dem das Spiel der Achse 36 durch Verschieben
der Ductorwalze 4 mit der Kompressionskraft F des Farbrakels
in einer Richtung weg vom Farbrakel 2 beseitigt ist. Das
Spiel in den Lagern ist die Differenz vom Punkt ±0 zum Punkt –G. Das
vom ersten Kraftsensor empfangene erste Signal S1 und ein vom zweiten Kraftsensor
empfangene zweite Signal S2, die an die Steuerungseinheit 20 geliefert
werden, werden auf vorbestimmte Weise zum Steuern der an die Aktivierungseinrichtung 7; 8; 9 zu
liefernden Spannung U und/oder des Stroms I verwendet. Auf diese
Weise werden Werte zum Initialisieren der Steuerungseinheit 20 und
der Recheneinrichtung 21 erhalten. Die Steuerungseinheit 20 verfügt über die
Recheneinheit 21 zum Bestimmen der elektrischen Spannung/des Stroms,
die für
die vorbestimmte Bewegung ±ΔL des zweiten
Endes 12 erforderlich sind. Der erste Kraftsensor 31 und
der zweite Kraftsensor 32 können von jedem für diesen
Zweck geeigneten Typ sein, und die Steuerungseinheit 20,
die Recheneinheit 21 sowie der Speicher können über beliebige
elektronische Komponenten und Schaltkreise verfügen, die für diesen Zweck geeignet sind.
Diese Typen von Sensoren und elektronischen Komponenten sowie Schalt kreisen
sind allgemein bekannt, so dass sie nicht detaillierter beschrieben
werden.