EP0778128A1

EP0778128A1 - Antrieb für mehrere Übertragungszylinder einer Druckmaschine

Info

Publication number: EP0778128A1
Application number: EP96119437A
Authority: EP
Inventors: Anton Rodi
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: RODI, ANTON
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 1997-06-11
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: AU721243B2; DE59605036D1; AU7412596A; US5809883A; JPH09174803A; DE19545114A1; EP0778128B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb mehrerer Übertragungszylinder (1, 2) einer digitalen Druckmaschine. Gemäß der Erfindung wird ein besonders einfach aufgebauter Antrieb realisiert, indem nur einer (2) der mehreren Übertragungszylinder mit einem Motor (6) verbunden wird und die mehreren Übertragungszylinder durch Schmitzringe (9, 10) miteinander verbunden werden, die unter einer Vorspannung gegeneinander abrollen. Bei geeigneter Wahl dieser Vorspannung wird eine ausreichende Synchronisation zwischen den Übertragungszylindern erreicht. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb mehrerer Übertragungszylinder einer digitalen Druckmaschine.
Bei herkömmlichen Offsetdruckmaschinen sind die Übertragungszylinder, wie Platten- und Gummizylinder, über Zahnräder miteinander verbunden, um gemeinsam synchron angetrieben zu werden. Die absolute Zwangssynchronisation der Übertragungszylinder durch Zahnräder ist erforderlich, damit ihre relative Phasenlage auch nach einer beliebigen Anzahl von Umdrehungen genau gleich bleibt.
Zusätzlich hat man an beiden Seiten des Platten- und Gummizylinders sogenannte Schmitzringe vorgesehen, gehärtete und geschliffene Ringe aus Stahl, deren Außendurchmesser in der Regel gleich dem Durchmesser des Teilkreises des Zahnrades des entsprechenden Zylinders ist. Die Schmitzringe rollen zusammen mit den Zylindern unter einer Vorspannung gegeneinander ab, was die Maschine laufruhig macht, den Antrieb schont und die Lebensdauer der Druckplatte verlängert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Übertragungszylinder einer digitalen Druckmaschine einen besonders einfach aufgebauten Antrieb zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebene Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine digitale Druckmaschine arbeitet zum Beispiel so, daß ein Druckbild auf einen ersten Übertragungszylinder aufgebracht wird, der aus drucktechnischen Gründen eine harte Oberfläche aufweist, von diesem auf einen zweiten Übertragungszylinder übertragen wird, der einen Mantel aus einem elastischen Material aufweist, und von dem zweiten Übertragungszylinder auf ein Substrat übertragen wird, wobei sich das elastische Material für eine gleichmäßige Farbübertragung an ein Substrat wie z. B. Papier anschmiegen kann. Dabei entspricht der erste Übertragungszylinder dem Plattenzylinder einer Offsetdruckmaschine und entspricht der zweite Übertragungszylinder dem Gummizylinder einer Offsetdruckmaschine.
Gemäß der Erfindung wird nun auf irgendwelche Getriebeelemente zwischen den Übertragungszylindern der digitalen Druckmaschine verzichtet und die Übertragungszylinder werden lediglich über Schmitzringe miteinander gekoppelt, die normalerweise an den Enden der Übertragungszylinder angeordnet sind. Einer der Übertragungszylinder wird von einem Motor der Druckmaschine angetrieben und nimmt den anderen Übertragungszylinder mittels der Schmitzringe mit. Der angetriebene Übertragungszylinder ist vorzugsweise derjenige, der die Druckfarbe auf das Substrat überträgt, wegen des mehrfachen Momentenbedarfs an diesem Übertragungszylinder.
Die Erfindung nutzt den Umstand aus, daß bei einer digitalen Druckmaschine auf eine absolute Synchronisation zwischen den Übertragungszylindern verzichtet werden kann. Es genügt eine relative Synchronisation, derart, daß die Phasenverschiebung längs des Übertragungsweges der Druckfarbe aufgrund des unvermeidlichen Schlupfs der Schmitzringe zumindest nicht größer als die gewünschte Druckauflösung ist. Da bei einer digitalen Druckmaschine keine Druckplatte mit der Struktur des Druckbildes benötigt wird, sondern in jedem Maschinentakt ein vollständiges Druckbild hergestellt wird, hat es keinen Einfluß auf das Druckergebnis, wenn sich die geringfügigen Phasenverschiebungen im Laufe der Zeit aufsummieren. Dies gilt auch für den Fall, daß die Übertragungszylinder nicht nur eines Druckwerks, sondern mehrerer Druckwerke auf die erfindungsgemäße Art und Weise angetrieben werden.
Voraussetzung für eine derartige relative Synchronisation ist allerdings, daß die Vorspannung zwischen den Schmitzringen zweier gegeneinander abrollender Übertragungszylinder groß genug ist, daß der Mitnahmeeffekt durch die Schmitzringreibung und nicht durch Reibung zwischen den Übertragungszylindern zustande kommt. Die Schmitzringe lassen sich nämlich mit einem genau definierten Durchmesser herstellen, während die Abwicklungsverhältnisse an den Übertragungszylindern in der Regel kompliziert sind, insbesondere dann, wenn einer der Übertragungszylinder ein Zylinder mit einem Mantel aus einem elastischen Material ist, z. B. Gummi.
Ein Gummituch staut sich im Betrieb vor einer Übertragungsstelle auf, an der es z. B. gegen einen anderen Übertragungszylinder gedrückt wird. Dadurch vergrößern sich der effektive Umfang des Gummituchs und seine Umfangsgeschwindigkeit um ca. 2 bis 3 Prozent. Im Falle, daß Übertragungszylinder, von denen einer ein Gummizylinder ist, gemäß der Erfindung über Schmitzringe angetrieben werden, kann jedoch durch geeignete Wahl des Durchmesserverhältnisses der Schmitzringe dafür gesorgt werden, daß die Umfangsgeschwindigkeiten der Übertragungszylinder annähernd gleich sind, so daß an der Übertragungsstelle möglichst wenig Schlupf auftritt.
Man beachte ferner, daß der Haftreibungskoeffizient von Gummi auf Stahl ungefähr fünfmal größer als der von Stahl auf Stahl ist. Im Falle, daß einer der Übertragungszylinder ein Gummizylinder ist, muß daher bei einem erfindungsgemäßen Antrieb dafür gesorgt werden, daß die Anpreßkraft zwischen den Schmitzringen wenigstens etwa fünfmal so groß wie die Kraft ist, mit der die Übertragungszylinder gegeneinander gedrückt werden, in der Regel noch wesentlich größer, um Sicherheitsreserven für sich ändernde Betriebsbedingungen zu schaffen. Außerdem müssen die Lager der Übertragungszylinder dafür eingerichtet sein, diese Kräfte aufnehmen zu können.
Andererseits sind gemäß der Erfindung keinerlei Getriebeelemente zwischen den einzelnen Übertragungszylindern erforderlich, so daß der Antrieb sehr viel einfacher als bei herkömmlichen Druckmaschinen aufgebaut und wesentlich wartungsfreier ist. Die Schmitzringe bewirken einen äußerst gleichförmigen, durch keinerlei Einlaufstöße zwischen irgendwelchen Getriebeelementen beeinflußten Lauf der Übertragungszylinder.
Die Erfindung ist nicht nur für Systeme mit zwei Übertragungszylindern geeignet, wie oben beschrieben, sondern auch für einen gemeinsamen Antrieb von drei oder mehr Übertragungszylindern. Beispielsweise kann von drei hintereinandergeschalteten Übertragungszylindern eines Druckwerks der mittlere angetrieben werden, während die beiden anderen über Schmitzringe davon mitgenommen werden. Auch die Übertragungszylinder mehrerer hintereinander angeordneter Druckwerke können durch Schmitzringe miteinander gekoppelt sein, wobei nur einer der Übertragungszylinder angetrieben wird. Selbst bei einer Hintereinanderschaltung von mehreren Schmitzringkopplungen läßt sich der Schlupf an den Schmitzringen klein genug machen, daß die Genauigkeit der Synchronisation im tolerierbaren Bereich liegt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.
Darin zeigen:

Fig. 1: eine teilweise schematische Seitenansicht eines digitalen Druckwerks mit zwei Übertragungszylindern;
Fig. 2: eine Schnittansicht längs einer Linie II - II des Druckwerks von Fig. 1;
und
Fig. 3: eine teilweise schematische Seitenansicht einer digitalen Druckmaschine mit über Schmitzringe gekoppelten Übertragungszylindern mehrerer Druckwerke.

Das in Fig. 1 und 2 gezeigte digitale Druckwerk enthält einen ersten Übertragungszylinder 1 und einen zweiten Übertragungszylinder 2, die parallel zueinander angeordnet sind und einander am Umfang berühren. Die Übertragungszylinder 1, 2 sind drehbar an nicht gezeigten Seitenwänden einer Druckmaschine gelagert. Am Umfang des ersten Übertragungszylinders 1 sind ein Schreibkopf 3 und ein Farbwerk 4 angeordnet, die sich jeweils über die gesamte Druckbreite erstrecken. Der zweite Übertragungszylinder 2 weist eine Antriebswelle 5 auf, die mit einem Motor 6 verbunden ist. Der Motor 6 ist in den Figuren als auf der Achse des zweiten Übertragungszylinders 2 liegend eingezeichnet, kann aber natürlich auch an irgendeiner anderen Stelle in der Druckmaschine angeordnet sein und über Kraftübertragungselemente, z. B. ein Getriebe, mit der Antriebswelle 5 verbunden sein. Der zweite Übertragungszylinder 2 weist ferner einen nicht gesondert eingezeichneten Mantel aus einem elastischen Material wie Gummi auf. Angrenzend an den zweiten Übertragungszylinder 2 verläuft ein nur teilweise eingezeichnetes Transportband 7, auf dem zu bedruckende Substrate 8 aufliegen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, sind an jedem Übertragungszylinder 1, 2 seitlich zwei axiale Schmitzringe 9, 10 aus einsatzgehärtetem Stahl angeflanscht, die jeweils im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der entsprechende Übertragungszylinder 1, 2 aufweisen. Die genauen Durchmesser der Übertragungszylinder 1, 2 und der Schmitzringe 9, 10 sind in Übereinstimmung mit den jeweiligen Materialeigenschaften so gewählt, daß zwischen den Schmitzringen 9 und 10 eine definierte Anpreßkraft aufrechterhalten wird, während die Übertragungszylinder 1, 2 mit einer wesentlich geringeren Kraft gegeneinander gedrückt werden, wie später detaillierter erläutert wird.
Die Übertragungszylinder 1, 2 sind in Fig. 1 und 2 mit gleichen Durchmessern dargestellt, können aber auch verschiedene Durchmesser aufweisen. Beispielsweise können der Übertragungszylinder 1 und die Schmitzringe 9 größere Durchmesser als der Übertragungszylinder 2 und die Schmitzringe 10 aufweisen. Das genaue Durchmesserverhältnis der Schmitzringe 9, 10 ist an die speziellen Abwicklungsverhältnisse an den Übertragungszylindern 1, 2 angepaßt, wie noch beschrieben wird.
Im Betrieb befördert das Transportband 7 die Substrate 8 geradlinig in der eingezeichneten Pfeilrichtung, wobei die Substrate 8 längs einer geradlinigen Berührungsstelle gegen den zweiten Übertragungszylinder 2 gepreßt werden. Der Motor 6 dreht den zweiten Übertragungszylinder 2, so daß seine Umfangsgeschwindigkeit gleich der Fördergeschwindigkeit des Transportbandes 7 ist. Der zweite Übertragungszylinder 2 nimmt den ersten Übertragungszylinder 1 über die Schmitzringe 9, 10 mit, so daß die Übertragungszylinder 1, 2 in den eingezeichneten Pfeilrichtungen gegeneinander abrollen. Der Schreibkopf 3 beschreibt den sich daran vorbei drehenden ersten Übertragungszylinder 1 mit einem latenten Bild, das am Farbwerk 4 entwickelt wird. Das entwickelte Druckbild wird auf den zweiten Übertragungszylinder 2 übertragen, von dein es dann auf ein Substrat 8 übertragen wird. Falls erforderlich, können an den Übertragungszylindern 1 bzw. 2 Reinigungseinrichtungen für übriggebliebene, nicht übertragene Farbe vorgesehen sein.
Die Schmitzringe 9, 10 bewirken eine sehr genaue Synchronisation der Drehung der Übertragungszylinder 1, 2. Auf dem Weg vom Schreibkopf 3 zur Übertragungsstelle auf den zweiten Übertragungszylinder 2 ist ein Schlupf des ersten Übertragungszylinders 1 gegenüber dem zweiten Übertragungszylinder 2 von nur einigen Mikrometern oder weniger erreichbar, was ohne weiteres tolerabel ist.
Voraussetzung dafür ist allerdings, daß der Haftreibungswiderstand zwischen den Schmitzringen 9, 10 größer als derjenige zwischen den Übertragungszylindern 1, 2 ist. Die Schmitzringe 9, 10 rollen dann - bis auf einen sehr kleinen Schlupf - beinahe ideal aufeinander ab. Daran ändert auch nicht, daß zwischen den Oberflächen der Übertragungszylinder 1, 2 in der Praxis eine unvermeidliche Relativbewegung auftritt. Der Gleitreibungswiderstand bei einer solchen Relativbewegung ist nämlich stets kleiner als der Haftreibungswiderstand. Außerdem werden solche Relativbewegungen von vornherein so klein wie möglich gehalten, indem das Durchmesserverhältnis der Schmitzringe 9, 10 gleich dem Umfangsverhältnis der Übertragungszylinder 1, 2 unter Berücksichtigung der Längung des Gummimantels des zweiten Übertragungszylinders 2 im Betrieb gewählt wird. Diese Längung entsteht durch eine Verformung des Gummimantels des zweiten Übertragungszylinders 2 im Bereich der Übertragungsstelle vom ersten Übertragungszylinder 1.
Es wird nun eine Abschätzung der Anpreßkräfte zwischen den Schmitzringen 9, 10 vorgenommen, die erforderlich sind, damit der erste Übertragungszylinder 1 weitgehend synchron von dem zweiten Übertragungszylinder 2 mitgenommen wird.
Es wird angenommen, daß die beiden Übertragungszylinder 1, 2 mit einer Kraft F_Z gegeneinander gedrückt werden, die für den Übertragungsprozeß erforderlich ist. Zwischen den Übertragungszylindern 1, 2 gibt es einen materialabhängigen Haftreibungskoeffizienten µ_Z. Der entsprechende Haftreibungswiderstand ist $R_{Z} {= µ}_{Z} {* F}_{Z}$
. Im Maximum muß dieser Haftreibungswiderstand R_Z durch einen Haftreibungswiderstand R_S zwischen den Schmitzringen 9, 10 überwunden werden, der gleich dem Produkt aus einer Anpreßkraft F_S zwischen den Schmitzringen 9, 10 und einem entsprechenden materialabhängigen Haftreibungskoeffizienten µ_S ist. Somit gilt: $R_{S} {= µ}_{S} {* F}_{S} {≥ µ}_{Z} {* F}_{Z} {= R}_{Z}$
Im Falle, daß einer der Übertragungszylinder aus Stahl besteht und der andere einen Mantel aus Gummi aufweist, während die Schmitzringe aus Stahl bestehen, ist µ_Z ungefähr fünfmal so groß wie µ_S. Daher muß die Anpreßkraft F_S zwischen den Schmitzringen wenigstens fünfmal so groß wie die Anpreßkraft F_Z zwischen den Übertragungszylindern sein, damit die Reibung zwischen den Schmitzringen überwiegt und - bis auf den geringfügigen Schlupf - keine Relativbewegung dazwischen stattfindet.
Insbesondere bei einem Übertragungszylinder mit einem Mantel aus Gummi kann der Reibungswiderstand jedoch zeitlichen Schwankungen im Betrieb unterliegen, z. B. wegen ungleichmäßiger Materialeigenschaften oder aufgrund des erwähnten Materialstaus vor der Übertragungsstelle. Aus diesem Grunde ist in der Praxis eine wesentlich höhere Anpreßkraft F_S zwischen den Schmitzringen zu wählen als sich rechnerisch ergeben würde, also zum Beispiel das zehn- oder zwanzigfache der Kraft F_Z, mit der die Übertragungszylinder gegeneinander gedrückt werden.
Zylinderlager, die diese Kräfte aufnehmen können, lassen sich mit vertretbarem Aufwand realisieren, insbesondere da die Farbübertragungstechniken, die bei digitalen Druckmaschinen in Betracht kommen, häufig nur verhältnismäßig geringe Anpreßkräfte verlangen. Überdies gibt es bei digitalen Druckmaschinen Übertragungstechniken, die praktisch keine ins Gewicht fallenden Anpreßkräfte verlangen und bei denen sich die Erfindung somit besonders leicht realisieren läßt.
Im Falle einer in der Zeichnung nicht gezeigten Alternative, daß der erste Übertragungszylinder 1 und nicht der zweite Übertragungszylinder 2 von einem Motor angetrieben wird, wäre in einer Abschätzung der Anpreßkräfte zusätzlich der Momentenbedarf an der Übertragungsstelle auf das Substrat 8 zu berücksichtigen. Entsprechendes gilt für Fälle, in denen nicht nur ein Übertragungszylinder, sondern noch weitere Übertragungszylinder über Schmitzringe anzutreiben sind. Die Übertragungszylinder können antriebsmäßig hintereinandergeschaltet sein, oder es können von den Schmitzringen eines Übertragungszylinders mehrere weitere Übertragungszylinder angetrieben werden, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Schmitzringe, um Entfernungen zwischen den Übertragungszylindern zu überbrücken. Ein solcher Fall ist in Fig. 3 dargestellt.
Die in Fig. 3 gezeigte Druckmaschine enthält drei Übertragungszylinder 11, 12, 13, die hintereinander über einem Transportband 14 angeordnet sind, das Substrate 15 in Pfeilrichtung befördert. Ein Motor 16 ist mit dem mittleren Übertragungszylinder 12 verbunden, gegebenenfalls über ein nicht eingezeichnetes Getriebe, und dreht diesen in Pfeilrichtung. Die Übertragungszylinder 11, 12 und 13 weisen ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und 2 seitliche Schmitzringe auf, die unter Zwischenschaltung von zwei weiteren Schmitzringen 17 in einer Reihe gegeneinander gepreßt werden.
Wenn sich der Motor 16 dreht, drehen sich die Schmitzringe der Übertragungszylinder 11, 12, 13 und die weiteren Schmitzringe 17 in den eingezeichneten Pfeilrichtungen, und die Übertragungszylinder 11, 12, 13 drehen sich entsprechend an Schreibköpfen 18 und an hier nicht eingezeichneten Farbwerken vorbei, um Druckbilder auf die Substrate 15 zu übertragen.
Das in Fig. 3 gezeigte Prinzip ist auf vielfältige Weise abwandelbar und erweiterbar. Zum einen können statt der gezeigten drei Druckwerke z. B. vier oder fünf Druckwerke angetrieben werden. Ferner kann jedes der Druckwerke nicht nur einen Übertragungszylinder 11, 12 bzw. 13 aufweisen, wie in Fig. 3 gezeigt, sondern jeweils ein System mit zwei Übertragungszylindern, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, oder noch mehr Übertragungszylindern sein. Auch bei einer solchen Kette von Übertragungszylindern, die über Schmitzringe miteinander verbunden werden, bleibt der aufsummierte Schlupf zwischen den Schmitzringen tolerierbar, da er immer noch in der Größenordnung von Mikrometern liegt und sich somit nicht wahrnehmbar auf die Rasterhaltigkeit der Druckbilder auswirkt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Übertragungszylinder
2: Übertragungszylinder
3: Schreibkopf
4: Farbwerk
6: Motor
7: Transportband
8: Substrat
9: Schmitzring
10: Schmitzring
11: Übertragungszylinder
12: Übertragungszylinder
13: Übertragungszylinder
14: Transportband
15: Substrat
16: Motor
17: Schmitzring
18: Schreibkopf

Claims

Vorrichtung zum Antrieb mehrerer Übertragungszylinder einer digitalen Druckmaschine,
dadurch gekennzeichnet,
daß nur einer (2; 12) der mehreren Übertragungszylinder (1, 2; 11, 12, 13) mit einem Motor (6; 16) verbunden ist und daß die mehreren Übertragungszylinder durch Schmitzringe (9, 10; 17) miteinander verbunden sind, die unter einer Vorspannung gegeneinander abrollen.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß an jedem axialen Ende jedes der mehreren Übertragungszylinder (1, 2) axial ein Schmitzring (9, 10) befestigt ist, daß jeweils zwei Übertragungszylinder und die dazugehörigen Schmitzringe gegeneinander abrollen und daß die Vorspannung (F_S) zwischen den Schmitzringen zweier gegeneinander abrollender Übertragungszylinder wesentlich größer als eine Anpreßkraft (F_Z) zwischen diesen Übertragungszylindern multipliziert mit dem Verhältnis des Haftreibungskoeffizienten (µ_Z) der sich berührenden Oberflächen der Übertragungszylinder zum Haftreibungskoeffizienten (µ_S) der sich berührenden Oberflächen der Schmitzringe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis der Durchmesser der Schmitzringe (9, 10) zweier gegeneinander abrollender Übertragungszylinder (1, 2) zueinander an das Verhältnis der im Betrieb wirksamen Umfänge der Übertragungszylinder zueinander angenähert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer (2) von zwei gegeneinander abrollenden Übertragungszylindern (1, 2) einen Mantel aus einem elastischen Material aufweist, zur Übertragung von Druckfarbe auf ein Substrat (8).
Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Motor (6) mit dem Übertragungszylinder (2) verbunden ist, der einen Mantel aus einem elastischen Material aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Übertragungszylinder (11, 12, 13) mehrerer Druckwerke der Druckmaschine durch Schmitzringe (17) miteinander verbunden sind, wobei nur einer der Übertragungszylinder (12) mit dem Motor (16) verbunden ist.