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Hintergrund
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Druckpressen und insbesondere ein
Schnellwechselsystem für bspw.
eine Flexographie-Druckpresse.
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Mehrfarben-Flexographie-Druckpressen
erfordern für
jeden Druckauftrag eigens vorbereitete Systemteile wie folgt:
- 1. Plattenzylinder, deren Durchmesser den Wiederholungsabmessungen
des Druckbildes entspricht;
- 2. Aniloxwalzen, deren Zellenvariable von den Eigenschaften
der Druckfarbe und des Druckbildes abhängen;
- 3. die Druckfarben und deren Behälter.
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Alle
diese Systemteile müssen
auswechselbar sind. Es kann jedoch vorkommen, dass eine ungünstige Aniloxwalze
während
eines Druckdurchlaufs ausgetauscht wird. Ein Wechsel des Plattenzylinders
kann der einzige Systemteilwechsel sein, falls für den nächsten Auftrag die gleiche
Druckfarbe verwendet wird. Vielleicht erzeugt auch die Farbmischung
nicht die gewünschte
Druckgüte
und muss geändert
werden. Bei einem häufig vorkommenden
Wechsel sind zur Vorbereitung auf einen völlig neuen Druckdurchlauf alle
Systemteile auszutauschen.
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Eine
typische, mittig druckende Breitbahn-Druckpresse ist mit Einrichtungen
zur Unterstützung
eines Systemteilwechsels durch das Bedienungspersonal ausgerüstet. Die
Unterstützung
durch Bedienungspersonal ist nötig,
da die Plattenrollen bis zu 800 lbs. oder mehr und die Aniloxwalzen
um die 500 lbs. wiegen können,
und enthält
u.a.:
- 1. Hand-Hebezeuge. Diese Art System arbeitet
mit I-Trägern,
die parallel zur Mittellinie der Presse verlaufen. Auf den I-Trägern laufende
Kettenzüge
sind mit Adaptern versehen, die sich an die Lagerzapfen der Plattenzylinder
und Aniloxwalzen ansetzen lassen. Bei angesetzten Adaptern lassen
die Systemteile sich vom Farbwerk der Presse abheben und auf einen
Rollenwagen absetzen. Entsprechend werden neue (zugerichtete) Systemteile
zum Farbwerk zurück
geführt.
- 2. Synchronisierte Hebezeuge. Diese Systemart arbeitet ähnlich einem
Hand-Hebezeug – abgesehen
von der synchronisierten Bewegung der Fallketten. Sie ist einfacher
zu benutzen und kann ein schnelleres Umrüsten ermöglichen als das Handsystem.
- 3. Robotik-Systeme. Ein typisches System fährt auf die gleiche Weise entlang
der Presse wie die Hebezeuge. Ein Zylinder- bzw. Rollenort in der
Presse und im Wagen sowie der Weg zwischen beiden sind einprogrammiert.
Ein Robotik-System kann im Einsatz schneller und sicherer sein als
die Hebezeugsysteme.
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Hebezeuge
und Robotik-Systeme haben sich im täglichen Druckhallenbetrieb
bewährt.
Trotzdem verbleiben noch Probleme. Bei diesen Systemen sind weder
die Rakelhalter noch die Farbbehälter
auswechselbar. Bspw. beschreibt die
US-PS
5 010 813 einen Roboter, der einen einzelnen Zylinder auswechseln
kann. Bevor sich die Platten- und Aniloxwalzen aus der Presse herausnehmen
lassen, müssen
sie weiterhin gereinigt werden. Eine so große Maschine lässt sich
mit den üblichen
Hebezeugen oder Robotiksystemen nicht schnell genug umrüsten.
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In
der Vergangenheit dauerte ein typischer Pressendurchlauf länger als
heute. Einem sechsstündigen Durchlauf
folgte ein zweistündiges
Umrüsten.
Die Ausfallzeit in diesem Beispiel beträgt 25%. Kürzere Durchläufe sind
heute üblich.
Einem typischeren Durchlauf von zwei Stunden folgt immer noch ein
zweistündiges Umrüsten; der
Ausfallzeitfaktor beträgt
also 50%. In der Ausfallzeit lassen sich keine Einnahmen erzielen.
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Bei
anderen Druckmaschinen wie Schmalbahn- und Tiefdruckpressen wird
die Umrüstzeit
mit separaten Methoden verkürzt.
Bei beiden Maschinenarten ist man konstruktive Kompromisse eingegangen.
Die Schmalbahnindustrie hat die Philosophie des Einsatzes von Patronen übernommen,
die das Farbwerk und den Druckzylinder enthalten. Diese Patronen
sind jedoch klein (unter 100 lbs. und 20 in. Höchstbreite) und vom Bedienungspersonal
handhabbar (im Gegensatz zu Breitbahnmaschinen). Bspw. beschreibt
die
US-PS 5 060 569 eine
Patrone, die von einer Bedienungsperson auf einem Schienenpaar in
die Solllage schiebbar ist. Weiterhin wird in dieser Patentschrift
die Patrone mittels des Patronenrahmens, nicht des Druckzylinders
in die Solllage in der Presse gebracht.
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Eine
Tiefdruckpresse enthält
zum Verkürzen
der Umrüstzeit
auch ein Wagensystem. Dabei wird ein Tiefdruckwagen in die Solllage
gefahren und befindet sich stets auf dem Hallenboden. Der Wagen
ist größer, aber
die Tiefdruckanwendung hat einen Raumvorteil, da nicht auf einem
zentralen Druckzylinder gedruckt werden muss. Wie die meisten Schmalbahnpressen
verwendet eine Tiefdruckpresse eine In-line-Konfiguration, bei der
keine qualitativ hochwertigen Bilder (Farbregister innerhalb 0.0003
in.) auf reckbare Bahnen gedruckt werden. In beiden Fällen haben
diese Patronen also das Problem, dass der Druckzylinder sich nicht
ohne Patronentausch wechseln lässt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ziel
der Erfindung ist eine Breitbahndruckpresse der eingangs beschriebenen
Art, mit der sich die Umrüstzeit
wesentlich verkürzen
lässt.
Bei den heute üblichen
kurzen Durchläufen
ist eine Umrüstzeit
von 15 Minuten oder weniger ein realistisches Ziel.
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Das
Bereitstellen eines Systems, das die Ausfallzeiten stärker als
heute möglich
verkürzen
kann, erfordert eine genaue Analyse des Umrüstvorgangs. Der Zweck der Umrüstanalyse
ist, möglichst
viele interne (beim Umrüsten
auszuführende)
zu externen (bei laufender Maschine anfallenden) Aufgaben umzuwandeln. Diese Änderung
des Verfahrens erfordert Änderungen
der Pressenkonstruktion, die die folgenden Kriterien unterstützen müssen:
- 1. Um geforderte Umrüstzeiten zu garantieren, müssen Umrüstvorgänge robotisch
ausgeführt
werden, anstatt der Arbeitsgeschwindigkeit des Bedienungspersonals
folgen zu müssen.
Will man Umrüstzeiten
von 15 Minuten erreichen, ist der Einfluss des Humanfaktors zu groß. Obgleich
mit dem Umrüsten
nicht in direktem Zusammenhang stehend, kann die Robotik ein sichereres
Arbeitsumfeld und geringere Bauteileschäden beim Umrüsten erbringen.
Programmierte Austauschschritte bzw. -bewegungen müssen in
die Robotsteuerung vor dem Umrüstprozess
eingegeben werden.
- 2. Das Reinigen von Systemteilen kann nicht in der Presse erfolgen.
Diese zeitraubende Aufgabe hält
alle ihr folgenden Arbeiten auf.
- 3. Eine neue Konstruktion muss flexibel sein. Sie muss ein schnelles
vollständiges
Umrüsten
ermöglichen, aber
bei Bedarf auch den Austausch einzelner Teile.
- 4. Die Konstruktion muss die vorhandene Druckqualität des fertigen
Produkts erhalten.
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Auf
Grund der Analyse des Umrüstvorgangs
und der angegebenen Kriterien stellt die Erfindung eine solche Konstruktion
bereit. Diese Konstruktion besteht aus drei Hauptkomponenten:
- 1. Farbwerkschlitten: Ein Farbwerkschlitten
besteht aus einem Gestell- bzw. Rahmensatz, der die Aniloxwalze
und die Halterung der Farbversorgungselemente für ein einziges Farbwerk aufnimmt.
Das Farbwerk weist den Rakelhalter, den Farbbehälter, die Pumpe, die Viscositätsregelung,
die Tropfwanne sowie alle erforderlichen Schlauch- und Rohrleitungen
auf. Die Aniloxwalze ist im Schlittenrahmen mit einem Satz Zapfenkappen
herausnehmbar gelagert. Dieser Schlitten ist von der Presse selbst
unabhängig.
Er bietet ein vollständig
in sich abgeschlossenen Farbausgabesystem. Er wird robotisch zum
Farbwerk hin und von ihm weg transportiert. Er lässt sich auch mit anderen,
eher manuellen Mitteln bewegen – bspw.
Hebezeugen.
- 2. Zuricht- bzw. Vorhaltekonstruktion: Jedes Druckwerk erfordert
zwei Farbwerkschlitten. Einer befindet sich beim Durchlauf in der
Presse, der andere in einem Zurichtzustand auf einer Vorhalte- bzw.
Zurichtkonstruktion. Ein Zurichtbereich, der von der Vorhaltkonstruktion
erleichtert wird, bietet die Mittel zum Vorbereiten des Schlittens
für den
nächsten
Pressendurchlauf. Sämtliche
Reinigungsaufgaben, die Rollenwechsel und das Einrichten des nächsten Druckauftrags
erfolgen, während
die Presse selbst einen Druckauftrag ausführt. So lassen interne sich
zu externen Umrüstaufgaben
umwandeln, wie es die Analyse des Umrüstvorgangs erfordert.
- 3. Robotiksystem: Der Farbwerkschlitten lässt sich auf vielerlei Weise
transportieren. Beim effizientesten Vorgehen wird ein Robotiksystem
eingesetzt. Der zu beschreibende Roboter ergänzt die Funktion des erwähnten Farbwerkschlittens.
Er arbeitet auch flexibel genug, um Teilwechsel zuzulassen, an denen
der Schlitten nicht notwendigerweise teilnimmt. Er verbessert die
Umrüstaufgaben
gegenüber
bekannten und Standard-Robotern, indem er sämtliche Teile eines vollständigen Druckwerks
transportiert, so dass während
des Umrüstintervalls
keine Mehrfach-Teilewechsel nötig
sind. Der Robot ist zur Bewegung in drei Richtungen oder Achsen
fähig:
- 1. Bewegung zwischen der Presse und der Zurichtkonstruktion;
- 2. Bewegung in den oder aus dem Pressenabschnitt bzw. in die
und aus der Zurichtkonstruktion – im wesentlichen eine horizontale
Bewegung;
- 3. Bewegung in der Vertikalen.
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Der
Roboter arbeitet als 3-Punkt-"Pick
And Choose"-System.
er transportiert Komponenten mittels dreier Hebebecher an jede Seite
de Presse. Diese zylinderbetätigten
Becher werden entweder aus- oder eingefahren. Sind alle Becher vollständig ausgefahren,
lässt sich
ein vollständiger
Farbwerkaustausch durchführen.
Ein Hebepunkt nimmt die Plattenzylinder-Lagerzapfen auf, der nächste die
Anilox-Lagerzapfen und der dritte den Farbwerkschlitten. Die Hebebecher
können
auch nur den Plattenzylinder, nur die Aniloxwalze, den Plattenzylinder
und die Aniloxwalze gemeinsam oder die Aniloxwalze mit dem Schlitten
zusammen heben.
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Beschreibung der Zeichnung
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Die
Erfindung wird nun an Hand der beispielhaften Ausführungsform
beschrieben, die in der beigefügten
Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:
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1 einen
Seitenriss einer Flexographie-Druckpresse und einer Robotik-Anordnung
nach der vorliegenden Erfindung;
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2 einen
Seitenriss des rechten Roboters der 1 und eines
zweiten Zurichtbereichs;
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3 eine
Endansicht aus der Ebene 3-3 der 2;
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4 eine
Draufsicht des linken Roboters der 1 ohne die
Komponenten für
die Vertikalbewegung;
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5 eine
Draufsicht des linken Roboters der 1 ohne die
Komponenten für
die Vertikalbewegung;
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6 eine
Seitenansicht eines der Zurichtbereiche;
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7 einen
vergrößerten Seitenriss
des Vertikalbewegungsaufbaus eines der Roboter;
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8 eine
Ansicht aus der Ebene 8-8 der 7;
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9 eine
Ansicht aus der Ebene 9-9 der 8;
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10 eine
vergrößerte Draufsicht
der 7;
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11 eine
vergrößerte Darstellung
eines Teils der 9 mit dem Hebe- und Aufnahmeschlitten;
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12 eine
Draufsicht des Aufnahmeschlittens der 11;
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13 eine
Ansicht aus der Ebene 13-13 der 11;
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14 eine
Draufsicht der Schlitten-Anordnung eines der Farbwerks der Flexographie-Presse;
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15 eine
Ansicht ähnlich
der 14 mit vom Schlitten abgenommener Aniloxwalze;
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16 eine
Ansicht aus der Ebene 16-16 der 15; und
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17 eine
Draufsicht des Farbwerkschlittens, der vom Aufnahmeschlitten des
Roboters abgestützt wird.
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Beschreibung einer speziellen
Ausführungsform
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Wie
die 1 zeigt, weist eine herkömmliche Flexographie-Presse 20 ein
Paar Seitenrahmen 21 auf, die eine Vielzahl von Farbwerken 22 lagern.
In der dargestellten Ausführungsform
hat die Presse sechs Farbwerke 22a–22f. Ein zentraler
Druckzylinder 23 ist in den Seitenrahmen drehbar gelagert.
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In
den Farbwerken sind jeweils ein Plattenzylinder 25, eine
Aniloxwalze 25 und ein Farbwerkschlitten 27 gelagert.
Der Schlitten 27 trägt
auch das Farbversorgungssystem für
die Presse.
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Die
Platten- und die Anilox-Zylinder sind in 1 in ihrer
ausgezogenen bzw. Ruhestellung gezeigt. Bei arbeitender Presse befinden
die Plattenzylinder sich an der Oberfläche des zentralen Druckzylinders,
während
die Aniloxwalzen an den Plattenzylindern anliegen. Dadurch werden
Druckfarbe auf die Plattenzylinder und Bilder auf eine Bahn übertragen,
die mit dem zentralen Druckzylinder umläuft.
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Wie
im Folgenden ausführlicher
erläutert,
sind die Plattenzylinder und Aniloxwalzen in den Farbwerken mit
Vorteil so gelagert, dass sie sich unabhängig vom Schlitten 27 einzeln
aus dem Farbwerk herausnehmen lassen. Alternativ lässt sich
jede Aniloxwalze ihrem Farbwerk mit dem Schlitten oder lassen sich
alle drei Komponenten gleichzeitig entnehmen.
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Ein
erster und ein zweiter Vorhalte- bzw. Zurichtbereich 30, 31 (1–5)
sind am den beiden Seiten der Presse angeordnet und lagern die Farbwerkkomponenten
für den
nächsten
Pressendurchlauf. Die Komponenten für die Farbwerke 22a–22c befinden
sich im Zurichtbereich 30, die Komponenten für die Farbwerke 22d–22f im
Zurichtbereich 31.
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Jeder
Zurichtbereich weist ein Paar Stützgestelle 33 und
jedes Stützgestell
vier Aufnahmedecks 34–37 auf.
Wie in 6 gezeigt, nimmt jedes Aufnahmedeck 35–37 einen
Plattenzylinder 25, eine Aniloxwalze 26 und einen
Farbwerkschlitten 27 für
eines der Farbwerke der Presse auf. Das obere Aufnahmedeck 34 ist leer
und stellt einen Ort zur Aufnahme der Komponenten eines der Farbwerke
beim Umrüsten
bereit. Jeder Plattenzylinder hat ein Paar seitlich vorstehender
Lagerzapfen 38, die im Gestell 33 gelagert werden.
Entsprechend weisen die Aniloxwalzen Lagerzapfen 39 und
die Farbwerkschlitten Totzapfen bzw. nicht drehende Wellen 40 auf,
die ebenfalls im Gestell 33 gelagert sind. Zur Klarheit
der Darstellung sind die Farbwerkkomponenten für den nächsten Pressendurchlauf in
den 1 und 2 nicht enthalten.
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Die
Farbwerkkomponenten werden zwischen den Farbwerken 22 und
den Zurichtbereichen mittels zweier Roboter 41, 42 hin
und her transportiert. Der Roboter 41 läuft dabei zwischen den Farbwerken 22a–22c und
dem Zurichtbereich 30, der Roboter 42 zwischen
den Farbwerken 22d–22f und
dem Zurichtbereich 31.
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Der
Roboter 41 weist horizontale Schienen 43 zur Bewegung
in einer horizontalen Achse auf; die Schienen 43 sind ihrerseits
verschiebbar auf rechtwinkligen Schienen 44 gelagert, so
dass der Roboter in einer zweiten horizontalen Achse fahren kann.
Der Roboter 42 bewegt sich auf den Schienen 45 in
nur einer horizontalen Achse, aber ließe sich, falls erwünscht, in
einer anderen horizontalen Achse verfahrbar lagern.
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Die
Schienen 43–45 sind
zugekaufte Linearlaufmodule bspw. des Typs STAR MKR 25-145 oder 25-110.
Die Schienen 43–45 weisen
jeweils eine Gleitbasis 43a, 44a bzw. 45a (4 und 5)
auf, die von Linearlauf-Lagerblöcken
getragen werden, die auf einer Linearschiene laufen. Der Antrieb
erfolgt mit einem Zahnriemen, der auf die Gleitbasis aufgespannt
ist. Die Gleitbasis 43a, 45a auf den Schienen 43 bzw. 45 bilden eine
Montageplattform für
die vertikal sich erstreckenden Module 46 der Roboter 41, 42.
Die Gleitbasis 44a auf den Schienen 44 bildet
eine Montageplattform für
die Schienen 43.
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Die
Roboter weisen jeweils ein Paar Module 46 auf, die jeweils
mit einer der Gleitbasen 43a, 45a verschraubt
sind, die gleitend verschiebbar auf den Schienen 43, 45 gelagert
sind. Wie die 7–10 zeigen, weisen
die Module jeweils einen vertikal sich erstreckenden Rahmen 47 sowie
einen Aufnahmeschlitten 48 auf, der vertikal entlang des
Rahmens verfahrbar ist. Der Aufnah meschlitten ist von zwei Gruppen
Linearlauf-Lagerblöcken 49 (10)
geführt,
die auf ein Paar vertikaler Schienen 50 laufen. Die Lagerblöcke und
die Linearlaufschienen sorgen für
glattes und gleichmäßiges Arbeiten
und eine hohe Lastaufnahmekapazität. Der Aufnahmeschlitten wird
mit einer Kugelumlaufspindel-Anordnung angetrieben, die aus einer
angetriebenen Kugelspindel 51, die an der vertikalen Lagerkonstruktion
befestigt ist, wobei unten ein fester Lagerbock 52 (9)
und oben ein schwimmender Lagerblock 53 vorgesehen sind,
und einem an den Aufnahmeschlitten angesetzten Mutterngehäuse 54 besteht.
Die Spindel wird von einem Motor 55 wie bspw. einem Indramat-DDS-Servomotor
angetrieben.
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Die
untere Position des Aufnahmeschlittens ist in 8 durchgezogen,
seine obere Position bei 48' gestrichelt
gezeigt. An den Aufnahmeschlitten sind drei aus- und einfahrbare
Hebebecher 56, 57, 58 angesetzt.
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Wie
in den 11–13 gezeigt,
weisen die Hebebecher 56–58 jeweils ein zylindrisches
hinteres Ende 60 (13) und
ein halbzylindrisches vorderes Ende 61 auf. Das zylindrische
hintere Ende ist gleitend verschiebbar in einem Zylinder 63 angeordnet
und der Hebebecher wird vom Stößel 64 eines
Druckluftzylinders 65 hin und her gefahren. Der Hebebecher 8 ist
in seiner ausgefahrenen Position in 13 gezeigt,
alle Hebebecher in ihrer eingefahrenen Position in 12.
Die Druckluftzylinder 65 sind unabhängig voneinander betätigbar,
so dass die Hebebecher sich unabhängig voneinander aus- und einfahren
lassen. Die Luft für
die Druckluftzylinder wird von einer Ventilgruppe 66, dem
Zulaufblock 67 und einem Ablaufblock 68 jeweils
für verteilte
Steuerung gesteuert. Die Luft- und Stromzufuhr zum Aufnahmeschlitten 48 erfolgt
durch die Leitungsbahn 69 (8).
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Die
Roboter 41, 42 können als 3-Punkt-"Pick And Choose"-System arbeiten.
Sie sind jeweils in der Lage, Systemkomponenten mittels der drei Hebebecher 56–58 auf
jeder Pressenseite zu transportieren. Diese zylinderbetätigten Becher
sind entweder aus- oder eingefahren. Bei voll ausgefahrenen Bechern
lässt sich
ein vollständiger
Farbwerkwechsel durchführen.
Ein Hebebecherpaar nimmt die Lagerzapfen 38 der Plattenzylinder
(6), ein weiteres Becherpaar die Lagerzapfen 39 der
Aniloxwalzen und ein drittes Becherpaar die Lagerzapfen 40 des
Schlittens 27 auf.
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Die 17 zeigt
die zwei Aufnahmeschlitten 48 eines der Roboter beim Heben
des Plattenzylinders 25, der Aniloxwalze 26 und
des Farbwerkschlittens 27 der Presse. Die Enden der Lagerzapfen 38–40 werden von
den Hebebechern 56–58 abgefangen.
Die Aniloxwalze ist auf herkömmlichen
Zapfenkappen 71 drehbar am Farbwerkschlitten und von ihm
abnehmbar gelagert. Der Farbwerkschlitten wird von den Anilox-Zapfen 39 und
die Totzapfen 40 gelagert.
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Obgleich
die bevorzugte Ausführungsform
des Hebeschlittens drei Hebebecher aufweist, wären nur zwei von ihnen ebenfalls
möglich.
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Die
Lagerzapfen 38, 39 der Plattenzylinder bzw. der
Anilox-Walzen sind auf herkömmliche
Weise mit Lager- bzw. Zapfenkappen dreh- und abnehmbar im Gestell
der Flexographie-Presse gelagert. Die nicht drehenden Lagerzapfen 40 der
Farbwerkschlitten sind im Farbwerk der Presse nicht abgestützt. Für die Konstruktion
ist wichtig, dass der Ort des Schlittens nur auf den Lagerkappen
der Aniloxwalze beruht. Der Schlitten wird zwar vom Pressenrahmen
gelagert, aber er "schwimmt" im wesentlichen,
so dass Ungenauigkeiten aus der Herstellung des Schlittens sich
nicht als Fehlausrichtung in der Presse auswirken.
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Die
Platten- und die Aniloxzylinder werden von den Lager- bzw. Zapfenkappen
im Farbwerk der Presse präzise
in der Solllage gehalten. Der Schlitten 27 selbst, der
mit der Aniloxwalze verbunden ist, kann seine tiefste Lage nicht
vor der Aniloxwalze in ihrer Lagerkappe erreichen. Diese Konstruktion
erhält
die Präzision des
Druckwerks und die Druckqualität über die
gesamte Lebensdauer der Maschine aufrecht.
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Die
Komponenten eines Farbwerks werden aus der Presse entfernt, indem
man die Hebebecher des Aufnahmeschlittens unter die Lagerzapfen
fährt,
die Zapfenkappen öffnet,
die die Lagerzapfen im Pressenrahmen halten, und dann die Aufnahmeschlitten
anhebt. Die halbzylindrischen Enden der Hebebecher nehmen die Zapfenenden
mit und heben die Komponenten aus den Zapfenkappen und aus der Presse
heraus. Dann wird der Roboter verfahren, um die Komponenten in den
Zurichtbereich zu bringen.
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Der
Roboter kann alle für
eine vollständige
Umrüstung
erforderlichen Komponenten auswechseln. Er kann auch die Plattenwalze,
die Aniloxwalze, die Platten- und die Aniloxwalze oder die Aniloxwalze
mit dem Schlitten gemeinsam individuell anwählen. Die Hebebecher für die zu
wechselnden Komponenten werden so ausgefahren, dass sie an deren
Lagerzapfen angreifen. Die anderen Hebebecher bleiben eingefahren,
so dass sie die Lagerzapfen von nicht auszuwechselnden Komponenten
frei lassen.
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Wie
die 14 zeigt, sind die Lagerzapfen 39 der
Aniloxwalze 26 mittels der Zapfenkappen 71 abnehmbar
am Farbwerkschlitten 27 befestigt. Soll die Aniloxwalze 26,
aber nicht der Schlitten 27 ausgetauscht werden, werden
die Zapfenkappen 71 geöffnet,
so dass die Aniloxwalze sich aus dem Schlitten 27 heben
lässt.
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Jeder
Roboter wird horizontal von einem Elektromotor 72 (4 und 5) über einen
Antrieb wie bspw. einen Indramat-Servoantrieb und -motor durch ein
Bewegungssteuersystem in einem Steuerschrank 74 nahe dem
Pressenabschnitt gesteuert angetrieben. In jedem Fall arbeitet der
Motor auf ein Zahnradgetriebe, um das Drehmoment zwischen dem Motor
und der Last zu verringern. Die Motore 72 dienen zum Antrieb
der Gleitbasen 43a, 45a und fahren den zugehörigen Roboter
in einer ersten horizontalen Richtung in die bzw. aus der Presse.
Ein Drehmomentrohr 75 bzw. Querantrieb verbindet die beiden
Vertikalmodule 46 jedes Roboters, so dass sie sich horizontal
gemeinsam bewegen. Der Motor 73 dient zum Antrieb der Gleitbasen 42a und
bewegt den Roboter 41 in der zweiten horizontalen Richtung
zwischen der Presse und der Zurichtkonstruktion 30. Auch
hier verbindet ein Drehmomentrohr 76 oder eine ähnliche
Einrichtung die Robotermodule, so dass sie sich gemeinsam bewegen.
Je nach der Größe der Last
ist das Drehmomentrohr u.U. nicht erforderlich.
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Das
Bewegungssteuersystem kann eine Bewegungssteuerung bspw. des Typs
Giddings & Lewis
PIC 945 sein und gibt Steuerbefehle auf jede Motor-/Antrieb-Gruppe.
Die Befehle an die Antriebe versetzen den jeweiligen Roboter in
die Lage, die Farbwerkkomponenten entlang einer programmierten Bahn
zu transportieren, die Hindernisse vermeidet. Die System-Bedienungsperson
wählt den
Ausgangs- und den Zielort und des bzw. der zu bewegenden Komponenten.
Die Bewegungssteuerung berechnet und steuert die Lage jeder Achse über das
gesamt Bewegungsprofil.
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Die 14–16 zeigen
jeden Farbwerkschlitten 27 mit einem Rahmen 80,
der eine Aniloxwalze 26 und die Farbversorgung 81 für jeweils
ein Farbwerk trägt.
Die Farbversorgung 81 weist eine Rakelanordnung 82,
einen Farbbehälter 83,
eine Pumpe, eine Viscositätsregelung 85,
eine Tropfwanne 86 sowie die erforderlichen Schlauch- und
Rohrleitungen auf. Diese Systemteile sind bekannt und brauchen daher
nicht ausführlich beschrieben
zu werden.
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Der
Schlitten 27 ist von der Presse unabhängig und bietet ein völlig in
sich abgeschlossenes Farbauftragsystem. Der gesamte Schlitten – einschließlich der
Aniloxwalze 26 – wird
vom Roboter zum Farbwerk hin und von ihm weg transportiert. Der
Schlitten könnte
auch mit anderen Einrichtungen bewegt werden – bspw. mit einem Hebezeug
oder einer anderen manuellen Einrichtung.
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Die
Farbbehälter
können
unterschiedlich groß sein.
Bei 83 ist ein typischer 5-Gallonen-Behälter gezeigt. Er ist flach
genug, nicht mit Hindernissen auf dem Farbdeck zusammenzustoßen. Bei
dieser Konstruktion bewegt der Farbbehälter sich mit dem Schlitten,
so dass die Schläuche
vom und zum Behälter
verhältnismäßig kurz
sein können.
Die Schlauchlänge
ist wesentlich, will man Verdrehungen und Knicke vermeiden, die Druckstörungen im
Farbfluss und schließlich
Undichtigkeiten im System verursachen können. Der Behälter kann
mit einem mit Druckluft angetriebenen Rührer 87 ausgerüstet sein,
um den Farbumlauf zu gewährleisten.
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Eine
Alternative zum beschriebenen Farbbehälter ist ein typischer Eimer
einer Tiefe, die die Einfahrbewegung des Schlittens verhindert.
Diese Größe kollidiert
mit Abstandhaltern oder Zwischenfarbtrocknern. Ein Schlitten kann
konstruktiv mit Vorkehrungen versehen werden, um dieses Problem
zu lösen.
Wenn der Roboter (vergl. die Beschreibung weiter unten) den Schlitten
auf einer programmierten Bahn zur Presse transportiert, führt er eine
abschließende
Abwärtsbewegung
aus. Dabei löst
sich der Farbbehälter
vom Schlitten, indem er auf einen Fangbolzen aufläuft. Nach
dieser Trennung läuft
der Roboter weiter abwärts
und setzt die Platten- und Anilox-Lagerzapfen in ihre Zapfenkappen
ein.
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Der
Zurichtprozess stellt die Mittel bereit, um Plattenzylinder, Aniloxwalzen
und Farbwerkschlitten auf den nächsten
Pressendurchlauf vorzubereiten. Jeder Zurichtbereich kann einen
herkömmlichen
Sunday-Antrieb aufweisen, der ein Waschen und Einfärben der
Aniloxwalze vor dem nächsten
Durchlauf erlaubt. Jedes Reinigen, der Zylindertausch und das Einrichten
des nächsten
Druckauftrags erfolgen bei laufender Presse. Auf diese Weise lassen
interne sich zu externen Umrüstaufgaben
umwandeln, wie es die Analyse des Umrüstvorgangs erfordert.
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Das
Umwandeln zahlreicher interner in externe Umrüstaufgaben verkürzt die
Ausfallzeit der Maschine erheblich. Das Reinigen und das Zurichten
sind zu externen Vorgängen
geworden. Beides muss immer noch ausgeführt werden, bevor ein typischer
2-stündiger
oder kürzerer
Durchlauf abgeschlossen ist. Es folgt nun eine Beschreibung des
Systems zum Durchführen
dieser externen Betriebsvorgänge.
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Wie
bereits festgestellt, lassen der Anilox- und der Plattenzylinder
sich in einem Wagen 90 zurichten (1 und 2).
Wagen werfen jedoch eigene Probleme auf. Sie müssen von Personal oder mit
einem automatisierten Fördersystem
bewegt werden. Das Unterstützungssystem
für die
externen Arbeitsschritte verbessert diese Methode durch das Bereitstellen
ortsfester Zurichtbereiche 30, 31 für alle Farbwerkkomponenten.
Das Gestell lässt
sich unmittelbar hinter der Presse (31 in 4)
oder hinter und seitlich neben der Presse (30 in 5)
anordnen.
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Das
Gestell 33 ahmt die Positionen der Komponenten innerhalb
der Presse nach. Es sind Aufnahmen für die Lagerzapfen der Plattenzylinder
sowie Auflager für
den Schlitten vorgesehen, der auch die Aniloxwalze und andere Komponenten
des Farbsystems aufweist. Ein Leerbereich ist im Gestell vorgesehen,
damit der Roboter Raum zum anfänglichen
Transport von Komponenten aus der Presse hat. Mit dem Zurichtgestell
kann der Roboter die Komponenten einfach aus der Presse zum Reinigungs-/Zurichtbereich
fahren. Zwischengeräte – bspw.
Rollenwagen – zum
Transport in diesen Bereich sind nicht nötig.
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Eine
alternative Ausführungsform
erfordert für
den Umrüstvorgang
dennoch Rollenwagen. Bei dieser Methode entfällt der Raum für die Plattenzylinder 25 im
Rahmen 33. Der Roboter nimmt dennoch alle Komponenten in
der Presse irgendwann heraus. Er trennt jedoch den Plattenzylinder
von den anderen Komponenten und bringt ihn vor oder nach dem Absetzen
des Schlittens im Gestell zu einem Wagen. Die für diesen Umweg erforderliche
Zeit geht nicht in die Umrüstvorgabe
von 15 Minuten oder weniger ein. Sie verkürzt jedoch das Zurichtintervall
und verringert die Häufigkeit
des Handhabens der Plattenzylinder.
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Nachdem
der Roboter einen Austausch abgeschlossen hat und sich die gebrauchten
Komponenten im Gestell 33 des Unterstützungssystem befinden, können das
Reinigen und das Zurichten beginnen. Das Reinigen kommt zuerst.
Rakelhalter lassen sich von Hand, mit irgendeinem Waschsystem oder
durch Austausch gegen saubere Halter reinigen. Es sei daran erinnert,
dass dabei die Presse läuft
und das Reinigen jetzt keine Ausfallzeit verursacht. Es muss aber
rasch genug durchgeführt
werden, dass das nächste
Umrüsten
unterbrechungsfrei begonnen werden kann. Eine Waschautomatik arbeitet
hierfür
am schnellsten. Nach dem Aktivieren derselben kann das Personal
sich anderen Reinigungs-/Zuricht-Aufgaben zuwenden.
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Es
sei angenommen, dass eine Waschautomatik eingesetzt wird und die
Plattenzylinder nicht abgesondert werden; die Bedienungsperson kann
nun beginnen, die Plattenzylinder für den nächsten Durchlauf zuzurichten.
Die Plattenzylinder für
den nächsten
Druckauftrag werden auf Wagen vom Plattenraum zum Zurichtgestell
transportiert. Der Roboter, der für den primären Austausch eingesetzt wurde,
wird erneut benutzt. Diesmal führt
er Austauschvorgänge
vom Gestell zum und vom Plattenzylinderwagen aus. Während des
Zylinderwechsels führt
die Waschautomatik ihre Schrittfolge weiter aus.
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Nach
dem Zurichten der Plattenzylinder für den nächsten Druckauftrag und dem
Abschluss des Reinigens ist der nächste Schritt der Vorbereitung
der Austausch der Aniloxwalzen. Auch hierzu wird der Roboter eingesetzt.
Rollenwagen mit den gewünschten
Aniloxwalzen werden in die Solllage gefahren und der Wechsel findet
statt.
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Nun
lassen sich die Rakelhalter mit neuen Blättern und Dichtungen versehen.
Die Druckfarbe für
den nächsten
Auftrag wird eingefüllt.
Der letzte Schritt des Einfärbens
erfolgt erst an einem bestimmten Zeitpunkt vor dem Wechsel. Er wird
so lange wie möglich
hinausgeschoben. Die Walze braucht nur irgendwann vor der nächsten Umrüstsequenz
eingefärbt
zu werden. Führt
man dies aus, lange bevor es nötig
ist, setzt man – bei Verwendung
von Druckfarben auf Lösungsmittelbasis – unnötig VOC-Dämpfe frei.
Es sollte aber genug Zeit angesetzt werden, um die Farb- bzw. die
Rakeleinstellung, falls nötig, ändern zu
können.
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Das
Zurichtgestell wird mit einem herkömmlichen Sunday-Antrieb versehen
sein, der die zum Einfärben
erforderliche Drehung der Aniloxwalze erzeugt. Ist der Zeitpunkt
zum Einfärben
gekommen, wird dieses System aktiviert. Es lassen sich nun Farbmarkenproben
nehmen und das Zurichtpersonal kann alle Einstellungen durchführen, die
für die
Soll-Druckparameter erforderlich sind. Diese früher internen Umrüsttätigkeiten werden
nun als extern ausgeführt.
Das Zurichtgestell 33 wird auch den Motor für die Farbenpumpe
aufnehmen. Der bereits beschriebene Schlitten 27 enthält die Pumpenköpfe. Wie
beim Zurichtgestell ist in der Presse der Motor für die Farbenpumpe
permanent installiert. Mit dieser Konstruktion entfällt die
Notwendigkeit, beim Umrüsten
die Pumpmotoren mit dem Schlitten mitzutransportieren.
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Das
vollständige
System – einschl.
des Schlittens, des Roboters und des Unterstützungssystems – ist gedrängt aufgebaut.
Daher lässt
es sich, falls erwünscht,
problemlos in eine VOC-Kapselung aufnehmen, die die Presse und das
Zurichtgestell umschließt
und Türen
für den
Zugang des Personals und der Wagen enthält. Das eigentliche Reinigen
und der Zylindertausch erfolgen dann bei geschlossenen Türen. Dies
erfolgt nicht nur, um VOC-Emissionen
zu vermeiden, sondern auch aus Sicherheitsgründen. Ein Steuerpult für das Personal
befindet sich auf der Rückseite
des Zurichtgestells außerhalb
des Kapselungsgehäuses.
Das Steuerpult betätigt
das Waschsystem und stellt die Schnittstelle für die Zylindertauschsequenzen
des Roboters dar. Fenster im Kapselungsgehäuse ermöglichen dem Personal das Beobachten
der Roboterbewegungen.
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Keine
andere Breitbahn-Pressenkonstruktion bietet die Umrüstzeiten,
die für
das heutige Druckumfeld mit seinen kurzen Durchläufen erforderlich sind. Das
hier beschriebene Schnellwechselsystem bietet die Mittel, mit denen
der Drucker Ausfallzeiten signifikant verkürzen und seine Druckleistung
steigern kann, ohne dabei Größe oder
Druckgüte
zu opfern. Die Konstruktion und Verfahrensweise basieren auf den
bereits beschriebenen Kriterien:
- 1. Der Prozess
ist automatisiert, nicht von der Arbeitsgeschwindigkeit des Personals
bestimmt.
- 2. Die gesamte Reinigungs- und Vorbereitungsarbeit erfolgt von
der Presse abgesetzt, während
diese läuft.
- 3. Der Druckzylinder und die Aniloxwalze werden von permanent
am Pressenabschnitt installierten Lagerkappen präzise in der Solllage gehalten.
- 4. Die Konstruktion ist flexibel einsetzbar. Mit einem 3-Punkt-"Pick And Choose"-System lässt sie
das Herausnehmen einzelner Komponenten oder des kompletten Systems
zu.
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Der
Roboter lässt
sich auch dazu verwenden, Systemteile aus mehreren Farbwerken in
der Presse mehreren Zurichtbereichen zuzuführen. Bspw. kann der Roboter
den Plattenzylinder aus einem und die Aniloxwalze aus einem anderen
Farbwerk in der Presse aufnehmen und dann den Plattenzylinder einem
und die Aniloxwalze einem anderen Zurichtbereich zuführen. Umgekehrt
kann der Roboter Systemteile aus mehreren Zurichtbereichen mehreren
Farbwerken zuführen.
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Obgleich
der Roboter am Beispiel einer Flexographie-Presse beschrieben worden
ist, ist einzusehen, dass er auch mit Pressen anderer Art Einsatz
finden kann.
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In
der vorgehenden Beschreibung wurden zur Erläuterung spezielle Ausführungsformen
der Erfindung ausführlich
dargelegt. Es ist jedoch einzusehen, dass zahlreiche der angeführten Einzelheiten
sich vom Fachmann erheblich modifizieren lassen, ohne den Grundgedanken
und den Umfang der Erfindung zu verlassen. FIGURENBESCHRIFTUNG Fig.
6
| Anilox
roll | Aniloxwalze |
| Doctor
holder | Rakelhalter |
| Ink
container | Farbbehälter |
| Plate
cylinder | Plattenzylinder |
| Pump | Pumpe |
Fig.
17
| Anilox
roll | Aniloxwalze |
| Ink
container | Farbbehälter |
| Plate
cylinder | Plattenzylinder |
| Pump | Pumpe |