EP1777068B1

EP1777068B1 - Direktantrieb einer Druckmaschine

Info

Publication number: EP1777068B1
Application number: EP06122396A
Authority: EP
Inventors: Günter Schmid; Thomas Dittenhöfer; Stephan Popp; Jürgen Weyh; Detlef Rode; Karl Robert Schäfer
Original assignee: INA Drives and Mechatronics GmbH and Co KG; Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG; Schaeffler Industrial Drives AG and Co KG
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2026-10-17
Also published as: EP1777068A2; US7576464B2; EP1777068A3; DE102005050651A1; DE502006004493D1; US20070090721A1; ATE439237T1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines Zylinders einer Druckmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 13. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 1 431 034 A2 bekannt.

Hintergrund der Erfindung

Eine Vorrichtung zum Antrieb eines Zylinders einer Druckmaschine, mit einem Elektromotor, dessen Rotor koaxial zum Zylinder der Druckmaschine angeordnet und mit diesem drehfest verbunden ist, und dessen Stator an einer Rahmenkonstruktion, in welcher der Zylinder axial verschieblich gelagert ist, gehalten ist, ist auch aus der DE 102 19 903 A1 bekannt.
Ein weiterer, aus der EP 1 277 575 B1 bekannter Druckmaschinenantrieb ist Teil einer Offset-Druckmaschine, welche mindestens eine Druckeinheit mit mindestens einem Form- und einem Übertragungszylinder aufweist, wobei eine seitliche Verschiebbarkeit des Formzylinders vorgesehen sein kann. Da der Rotor des den Formzylinder direkt antreibenden Elektromotors starr mit dem Formzylinder verbunden ist und somit bei dessen seitlicher, d.h. axialer Verschiebung mit verschoben wird, während der Stator des Motors ortsfest ist, ist eine Änderung der Leistungsdaten des Elektromotors bei einer axialen Verschiebung des Formzylinders anzunehmen.
Die WO 03/025406 A1 betrifft eine Lageranordnung für Zylinder, Walzen oder Trommeln. Diese Lageranordnung umfasst ein zur Lagerung eines Druckzylinders vorgesehenes Rotativlager sowie ein mit dem Außenring des Rotativlagers verbundenes Linearlager, welches eine Verstellung des Druckzylinders orthogonal zu seiner Rotationsachse ermöglicht. Ein elektrischer Direktantrieb des Druckzylinders ist bei der aus der WO 03/025406 A1 bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Direktantrieb für einen Zylinder einer Druckmaschine anzugeben, bei welchem eine höchstens geringfügige Abhängigkeit zwischen der Axialposition des Zylinders und den Eigenschaften des elektrischen Antriebs besteht.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Antrieb eines Zylinders einer Druckmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Bei jeder dieser Vorrichtungen handelt es sich um einen elektrischen Direktantrieb mit einem Elektromotor, dessen Rotor relativ zum Zylinder der Druckmaschine nicht drehbar und koaxial zu diesem angeordnet ist. Der Stator des Elektromotors ist an einer Rahmenkonstruktion der Druckmaschine gehalten, wobei der Zylinder axial verschieblich in der Rahmenkonstruktion gelagert ist. Der zwischen Rotor und Stator gebildete Spaltraum ist sowohl hinsichtlich Spaltbreite als auch hinsichtlich in Axialrichtung des Zylinders gemessener Länge bei jeder im bestimmungsgemäßen Betrieb der Druckmaschine möglichen Position des Zylinders konstant. Dies wird durch die Geometrie von Stator und Rotor und / oder durch die Art der Kopplung des Rotors mit dem Zylinder sowie des Stators mit der Rahmenkonstruktion erreicht. Als Spaltraum zwischen Stator und Rotor wird allgemein derjenige Volumenbereich zwischen Stator und Rotor verstanden, der in exakt radialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse des Zylinders der Druckmaschine sowie des Rotors, einerseits durch den Rotor und andererseits durch den Stator des zum elektrischen Direktantrieb des Zylinders vorgesehenen Motors begrenzt ist. Im einfachsten Fall weisen Stator und Rotor des Elektromotors eine unterschiedliche in Axialrichtung gemessene Länge auf, so dass jede die Rotationsachse des Zylinders schneidende, senkrecht zu dieser Achse angeordnete Gerade, welche das in Axialrichtung kürzere der beiden Teile Stator und Rotor schneidet, in jedem Betriebszustand des Elektromotors, d.h. in jeder möglichen axialen Positionierung des Zylinders, auch das in axiale Richtung längere der Teile Stator und Rotor schneidet. Weitere Möglichkeiten, den Spaltraum zwischen Stator und Rotor konstant zu halten, sind durch eine Veränderbarkeit der axialen Position des Rotors oder des Stators relativ zu einem den Rotor bzw. den Stator tragenden Bauteil, d.h. relativ zum rotierbaren Zylinder bzw. relativ zum mit der Rahmenkonstruktion verbundenen Gehäuse des Elektromotors, gegeben. Das den Stator aufnehmende Gehäuse des Elektromotors ist an einem Außenring eines der Lagerung des Zylinders in der Rahmenkonstruktion dienenden Wälzlagers befestigt.In allen Fällen sind Leistungsdaten des elektrischen Direktantriebs wie Drehmoment und Winkelbeschleunigung nicht von der Verschiebung des Zylinders in Richtung dessen Rotationsachse abhängig. Dies gilt auch für Bauformen, in denen der Zylinder mittels einer Linearführung senkrecht zu seiner Rotationsachse in der Rahmenkonstruktion verschiebbar ist.
Nach einer ersten Ausführungsform ist der Rotor des den Zylinder direkt antreibenden Elektromotors relativ zum Zylinder der Druckmaschine axial verschieblich geführt. Der Stator ist zugleich fest im Gehäuse des Elektromotors angeordnet, welches direkt oder indirekt, insbesondere über eine Linearführung, die eine Verstellung des Zylinders senkrecht zu seiner Achse ermöglicht, an die Rahmenkonstruktion der Druckmaschine angebunden ist. Vorzugsweise weist der Rotor des Elektromotors in dessen radial innerem Bereich eine insbesondere aus Buntmetall gefertigte Buchse auf, welche auf dem Zylinder oder einem fest mit diesem verbundenen Zapfen axial verschieblich gelagert ist. Eine solche Buchse, insbesondere Buntmetall-Buchse, kann auch in Ausführungsformen vorgesehen sein, in denen der Rotor unverschieblich auf dem Zylinder bzw. einem mit diesem fest verbundenen Bauteil gehalten ist. Unabhängig davon, inwieweit eine axiale Verschiebbarkeit des Rotors relativ zum Zylinder vorgesehen ist, ist die Lagerung des Rotors derart gestaltet, dass keine oder nur eine vernachlässigbare geringe Verdrehung des Rotors relativ zum Zylinder möglich ist.
Um bei einer solchen drehfesten Lagerung des Rotors am Zylinder bzw. einem starr mit diesem verbundenen Bauteil gleichzeitig eine Axialverschiebung des Rotors zu ermöglichen, ist in vorteilhafter Ausgestaltung eine Wälzlagerung des Rotors vorgesehen, wie sie prinzipiell auch in herkömmlichen Produkten der Lineartechnik verwendbar ist. Ebenso ist jedoch auch eine Gleitlagerung realisierbar, welche eine Verstellbarkeit des Rotors relativ zum Zylinder ausschließlich in axialer Richtung ermöglicht. In jedem der genannten Fälle ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung ein Lager vorgesehen, welches die axiale Position des Rotors relativ zum Gehäuse des Elektromotors unabhängig von der Axialpositionierung des Zylinders festlegt. Bei diesem Lager handelt es sich vorzugsweise um ein Rillenkugellager, dessen Lagerringe mit dem Rotor bzw. mit dem Stator des Elektromotors fest verbunden sind.
Nach einer alternativen Ausgestaltung ist der Rotor des Elektromotors mittels mindestens eines in Axialrichtung nachgiebigen, zugleich in Umfangsrichtung steifen Verbindungselementes mit dem Zylinder oder einem starr an diesem befestigten Teil verbunden. Hierbei ist das Verbindungselement in dessen, bezogen auf die Rotationsachse des Zylinders, axial äußerem Bereich mit dem Rotor und im axial inneren Bereich mit dem Zylinder bzw. dem an diesem starr befestigten Teil, insbesondere Zapfen, verbunden. Das nachgiebige Verbindungselement zwischen dem Zylinder und dem Rotor weist vorzugsweise in Axialrichtung eine Federwirkung auf. Die hierdurch in Axialrichtung auf den Rotor einwirkenden Kräfte sind geringer als die ebenfalls in Axialrichtung wirkenden elektromagnetischen Kräfte, die beim Betrieb des Elektromotors auftreten. Auf diese Weise bleibt bei einer Axialverschiebung des Zylinders der Rotor zumindest annähernd relativ zum Stator zentriert. Keinesfalls ist der Rotor in Axialrichtung über den Stator hinaus verschiebbar. In fertigungstechnisch vorteilhafter Weise ist das Verbindungselement durch Laserschweißung mit dem Rotor und / oder mit dem Zylinder bzw. einem starr an diesem befestigten Teil verbunden. Ebenso sind Laser-Schweißverfahren bei der Fertigung des Verbindungselementes selbst einsetzbar.
Besonders schwingungsdämpfende Eigenschaften des Verbindungselementes sind erzielbar, indem dieses aus einem Verbundmaterial, insbesondere einem Sandwichverbund aus Blech und Kunststoff, gefertigt wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stator relativ zu einem mit der Rahmenkonstruktion der Druckmaschine verbundenen Gehäuse des Elektromotors axial verschieblich geführt ist. Der Rotor ist in diesem Fall starr mit dem Zylinder der Druckmaschine verbunden. Zwischen den Stirnseiten des längs verschieblich im Gehäuse des Elektromotors gelagerten Stators und diesen gegenüberliegenden inneren Stirnflächen des Gehäuses sind vorzugsweise Elemente mit federnden Eigenschaften, insbesondere jeweils ein O-Ring, angeordnet. Solange der elektrische Direktantrieb nicht betätigt wird, zentriert sich somit der Stator innerhalb des ihm zur Verfügung stehenden Verschiebeweges. Bei laufendem Elektromotor dagegen wird die axiale Position des Stators hauptsächlich durch die zwischen Stator und Rotor wirkenden Kräfte bestimmt. Hierbei richtet sich der Stator stets so relativ zum Rotor aus, dass die Geometrie des zwischen Stator und Rotor gebildeten Spaltraums unabhängig von der axialen Position des Zylinders ist. Um den Stator besonders exakt relativ zum Rotor zu positionieren, kann eine Axiallagerung vorgesehen sein, welche den Stator unabhängig vom Betrieb des Elektromotors stets in axial unveränderlicher Position relativ zum Rotor hält. Eine besonders leichte Verschiebbarkeit des Stators in Längsrichtung, d.h. in Axialrichtung, ist im Fall einer Wälzlagerung des Stators im Gehäuse des Elektromotors gegeben. Entsprechende Linearführungselemente weisen vorzugsweise eine einstellbare Vorspannung auf, so dass die Nachgiebigkeit der Führung des Stators in Umfangrichtung minimiert werden kann.
Nach einer mit den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen kombinierbaren Weiterbildung weist der elektrische Direktantrieb des Druckmaschinenzylinders eine eigensichere, d.h. bei Energieausfall schließende, Bremse auf. Zusammenwirkende Reibbeläge dieser Bremse sind einerseits am Rotor und andererseits am Gehäuse des Elektromotors befestigt. Wird die Bremse, insbesondere mittels Druckluft, gelöst, so wird der Rotor im Gehäuse des Elektromotors in Axialrichtung verschoben. Eine Verschiebung des Rotors in Gegenrichtung und damit ein Schließen der Bremse erfolgt vorzugsweise mittels Federkraft.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Direktantriebs eines Druckmaschinenzylinders,
Figur 2: ein zweites Ausführungsbeispiel eines elektrischen Direktantriebs eines Druckmaschinenzylinders,
Figur 3 a und b: Details des elektrischen Direktantriebs eines Druckmaschinenzylinders nach Figur 2,
Figur 4 a und 4: Details eines dritten Ausführungsbeispiels eines elektrischen Direktantriebs eines Druckmaschinenzylinders in Ansichten analog Figur 3 a und b,
Figur 5: ein viertes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Direktantriebs eines Druckmaschinenzylinders,
Figur 6: ein fünftes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Direktantriebs eines Druckmaschinenzylinders,
Figur 7 a und b: ein sechstes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Direktantriebs eines Druckmaschinenzylinders,
Figur 8: ein siebtes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Direktantriebs eines Druckmaschinenzylinders, und
Figur 9 a und b: ein achtes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Direktantriebs eines Druckmaschinenzylinders.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Die Figuren 1 bis 9a, 9b zeigen jeweils in schematisierter Ansicht verschiedene Ausführungsbeispiele eines elektrischen Direktantriebs einer Druckmaschine. Diese weist einen um eine Achse A drehbaren Zylinder 1 auf, der in einer Rahmenkonstruktion 2 der nicht weiter dargestellten Druckmaschine gelagert und mittels eines Elektromotors 3 direkt angetrieben ist. Der Zylinder 1 ist zu dessen Stirnseite 4 hin mit kleiner werdendem Durchmesser mehrfach abgestuft, wobei ein die Rotation um die Achse A ermöglichendes Wälzlager 5 an einem ringförmigen Abschnitt 6 des Zylinders 1 angeordnet ist. Der Außenring 7 des Wälzlagers 5, nämlich Zylinderrollenlagers, ist nicht direkt an der Rahmenkonstruktion 2 befestigt, sondern mit dieser über eine Linearführung 8 verbunden, die eine Verstellung des Zylinders 1 senkrecht zur Rotationsachse A ermöglicht. An dem Außenring 7 ist weiter das Gehäuse 9 des Elektromotors 3 befestigt. Bei jeder Verstellung des Zylinders 1 senkrecht zu dessen Rotationsachse A wird somit automatisch der Elektromotor 3 mit verstellt. Gesonderte Einrichtungen zur Nachführung des Elektromotors 3 sind nicht erforderlich.
An die Stirnseite 4 des Zylinders 1 grenzt ein auch als Wellenzapfenverlängerung bezeichneter Zapfen 11, dessen Rotationsachse mit der Achse A des Zylinders 1 identisch ist. Um den Zapfen 11 starr am Zylinder 1 zu halten, umgreift ein Rand 12 des Zapfens 11 einen an die Stirnseite 4 grenzenden ringförmigen Abschnitt 10 des Zylinders 1. Der Zapfen 11, welcher mittels einer Spannvorrichtung 13 am Zylinder 1 fixiert ist, trägt den Rotor 14 des Elektromotors 3.
Dagegen ist der Stator 15 des als Torque-Motors ausgebildeten Elektromotors 3 über das Gehäuse 9 mit dem Außenring 7 des Wälzlagers 5 verbunden. Der gesamte den Zylinder 1, den Zapfen 11 sowie den Rotor 14 umfassende Verbund ist längs der Rotationsachse A verschiebbar.
Diese axiale Verschiebbarkeit ist durch die Art des Wälzlagers 5 gegeben. Eine gesonderte Linearführung zur Verschiebung des Zylinders 1 längs der Achse A ist dagegen nicht vorgesehen.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist die axiale Länge L_R des Rotors 14 geringer als die in derselben Richtung gemessene Länge L_S des Stators 15. Die Längen L_R, L_S der Teile 14, 15 des Elektromotors 3 sind derart bemessen, dass in keinem möglichen Betriebszustand der Rotor 14 in Axialrichtung über den Stator 15 hinausragt. Somit bleibt ein zwischen Rotor 14 und Stator 15 gebildeter Spaltraum 16 unter allen möglichen Bedingungen des bestimmungsgemäßen Betriebs des Elektromotors 1 konstant. Alle relevanten Kenngrößen des Elektromotors 3, wie beispielsweise der drehzahlabhängige Zusammenhang zwischen Stromaufnahme und Drehmoment, sind somit von der axialen Positionierung des Zylinders 1 unabhängig. Die Spaltbreite des Spaltraums 16 ist mit s bezeichnet; die Länge des Spaltraums 16 ist mit der Längen L_R des Rotors 14 identisch.
Der Rotor 14 weist ein den Zapfen 11 direkt umgebendes Innenteil 17 sowie ein Außenteil 18 auf, welche mittels einer Spannvorrichtung 19 miteinander verbunden sind. Die Spannvorrichtung 19, welche den Rotor 14 starr auf dem Zapfen 11 fixiert, umfasst eine Anzahl Schrauben 20 sowie Keile 21, wobei die Schrauben 20 durch Öffnungen 22 des Gehäuses 9 hindurch betätigbar sind.
Die Ausführungsform nach Figur 2 umfasst ebenfalls einen permanentmagnetisch erregten Synchronmotor als Elektromotor 3. Der Rotor 14 dieses Elektromotors 3 ist jedoch nicht starr auf dem Zapfen 11 fixiert, sondern mittels einer Führung 23 in Richtung der Rotationsachse A verschieblich gelagert. Die Führung 23 umfasst einen mittels einer Schraube 24 auf dem Zapfen 11 befestigten Nutenstein 25, auf welchem eine aus Messing gefertigte, ein Teil des Rotors 14 bildende Buchse 26 gleitet. Der Rotor 14 ist damit trotz axialer Verschiebbarkeit drehfest auf dem Zapfen 11, und damit auch drehfest relativ zum Zylinder 1 gefü h rt.
Die beim Betrieb des Elektromotors 3 auftretenden Kräfte richten den Rotor 14 in Axialrichtung stets zentrisch zum Stator 15, wie in Figur 2 dargestellt, aus. Wird eine axiale Verstellbewegung des Zylinders 1, auch als Seitenregisterverstellung bezeichnet, durchgeführt, so verschiebt sich der Rotor 14 relativ zum Zylinder 1 und behält dabei seine absolute Position, d.h. die Position relativ zur Rahmenkonstruktion 2, zumindest annähernd bei.
Sowohl im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 als auch im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 dient eine stirnseitige Frontplatte 27 des Gehäuses 9 zugleich als Montagehilfe beim Zusammenbau des Elektromotors 3. Bei Bedarf ist es auch möglich, den Stator 15 und / oder den Rotor 14 des Elektromotors 3 auszutauschen, ohne den Elektromotor 3 komplett von der Druckmaschine abzubauen.
Details des Elektromotors 3 nach Figur 2, die bei der Montage relevant sind, sind in den Figuren 3 a und 3 b dargestellt. Ein Montagestift 28 kann durch eine Bohrung 29 der Frontplatte 27 hindurch in ein Sackloch 30 des Rotors 14 eingesetzt werden, so dass der Rotor 14 in Umfangsrichtung exakt relativ zum Zapfen 11 positioniert wird. Der Nutenstein 25 nach Figur 3 b ist zweiteilig aufgebaut, wobei zwei Keilstücke 31, 32 mittels einer Schraube 33, welche durch eine Bohrung 34 in der Frontplatte 27 hindurch betätigbar ist, gegeneinander verschoben werden können. Damit ist das Spiel des Rotors 14 in Umfangsrichtung sowie die Reibung des Nutensteins 25 in einer Nut 35 des Stators 14 einstellbar.
Die Figuren 4 a und 4 b zeigen eine weiter entwickelte Variante der Lagerung des Rotors 14 auf dem Zapfen 11. Hierbei ist jedes der Keilstücke 31, 32 des Nutensteins 25 mit Wälzkörpern 36, nämlich Nadeln, bestückt, wodurch ein so genannter Nadelschuh 37 gebildet ist. Wie der Nutenstein 25 im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 a, b ist auch der Nadelschuh 37 beliebig vorspannbar. Durch die Wälzlagerung des Rotors 14 ist sowohl eine in Umfangsrichtung spielfreie als auch eine reibungsarme und hysteresefreie Lagerung in Axialrichtung gegeben.
Jegliche axiale Verschiebung des Rotors 14 relativ zur Rahmenkonstruktion 2 wird durch ein Rillenkugellager 38 verhindert, dessen Lagerringe 39, 40 einerseits mit der Frontplatte 27 und andererseits mit dem Rotor 14 fest verbunden sind.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist der Rotor 14 nicht direkt auf dem Zapfen 11 gehalten, sondern mit diesem mittels eines flexiblen Verbindungselementes 41 gekoppelt, welches einerseits mit dem Rotor 14 und andererseits mit einer fest auf dem Zapfen 11 angeordneten Nabe 42 verbunden ist. Das Verbindungselement 41 umfasst mehrere, im axial vorderen und im axial hinteren Bereich des Rotors 14 sowie der auf dem Zapfen 11 per Klemmverbindung spielfrei gehaltenen Nabe 42 angeordnete Verbundbleche 43. Jedes Verbundblech 43 ist als Blech/Kunststoff/Blech-Sandwich-Bauteil aufgebaut und per Laserschweißung sowohl mit dem Rotor 14, welcher das Verbindungselement 41 umgibt, als auch mit der Nabe 42, welche radial innerhalb des Verbindungselementes 41 angeordnet ist, stoffschlüssig verbunden. Das Verbindungselement 41 weist ausschließlich in Richtung der Rotationsachse A elastisch nachgiebige Eigenschaften auf, so dass der Rotor 14 mittels des Verbindungselementes 41 in Umfangsrichtung starr, jedoch in Axialrichtung federnd gelagert ist. Ähnlich wie der mittels der Buchse 26 verschiebbar gelagerte Rotor 14 nach Figur 2 positioniert sich auch der federnd gelagerte Rotor 14 nach Figur 5 selbsttätig, allein aufgrund der beim Betrieb des Elektromotors 3 auftretenden elektromagnetischen Kräfte, relativ zum Stator 15.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 6 unterscheidet sich von den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wesentlich dadurch, dass der Stator 15 in Axialrichtung verschieblich im Gehäuse 9 des Elektromotors 3 gelagert ist, während der Rotor 14 starr mit dem Zapfen 11 und damit auch mit dem Zylinder 1, beispielsweise einem Platten-, Gummi, Druck- oder Transferzylinder, verbunden ist. Um den Stator 15 bei abgeschaltetem Elektromotor 3 innerhalb des zur Verfügung stehenden Verschiebeweges zu zentrieren, ist an beiden Stirnseiten 44 des Stators 15 jeweils ein O-Ring 45 angeordnet, welcher an einer inneren Stirnfläche 46 des Gehäuses 9 anliegt. An Stelle eines O-Rings 45 kann beispielsweise auch eine Spiralfeder oder eine Blattfeder vorgesehen sein. Die Nachgiebigkeit der O-Ringe 45 ist ausreichend, um bei einer Seitenregisterverstellung, d.h. einer axialen Verschiebung des Zylinders 1 und damit auch des Rotors 14, den Stator 15 durch die auftretenden elektromagnetischen Kräfte mit zu verschieben. Eine Verdrehung des Stators 15 relativ zum Gehäuse 9 wird durch einen in den Stator 15 eingeschraubten Stift 47 verhindert, welcher in eine Bohrung 48 im Gehäuse 9 eintaucht. Obwohl im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 die Statorlänge L_S und die Rotorlänge L_R identisch sind, bleibt somit auch im Ausführungsbeispiel nach Figur 6 der Spaltraum 16 zwischen Rotor 14 und Stator 15 in jedem Betriebszustand konstant.
Die Figuren 7 a und 7 b zeigen eine Weiterentwicklung des Ausführungsbeispiels nach Figur 6, wobei der Stator 15 mittels eines einstellbaren Nadelschuhs 49 längs verschieblich im Gehäuse 9 geführt ist. Vergleichbar mit dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 a, b weist auch der Nadelschuh 49 nach Figur 7 a, b zwei gegeneinander verschiebbare Keilstücke 50, 51 auf, so dass das Spiel des Stators 15 in Umfangsrichtung verstellbar ist. Insbesondere ist eine Lagerung des Stators 15 mit Vorspannung einstellbar. Auch bei komplett montiertem Elektromotor 3 ist die Vorspannung des Nadelschuhs 49 mittels eines nicht dargestellten Werkzeugs veränderbar, welches durch eine Bohrung 52 im Gehäuse 9 hindurch an den Nadelschuh 49 angesetzt werden kann. Ferner kann in nicht dargestellter Weise eine Lagerung, insbesondere eine Wälzlagerung, zwischen dem Rotor 14 und dem Stator 15 vorgesehen sein, mittels welcher, ähnlich wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 a, die axiale Position des Stators 15 relativ zum Rotor 14 unveränderbar festgelegt ist.
Um beim Betrieb des Elektromotors 3 entstehende Wärme abzuführen, befinden sich am Umfang des Stators 15 von einem Kühlmedium, insbesondere Wasser, durchströmbare Kühlkanäle 63, die unmittelbar an das Gehäuse 9 grenzen, wobei Dichtungen 64 zur Abdichtung gegenüber dem Gehäuse 9 vorgesehen sind. Das Kühlmedium wird eine Bohrung 65 im Gehäuse 9 hindurch in die Kühlkanäle 63 geleitet.
In Figur 8 ist eine Weiterentwicklung eines elektrischen Direktantriebs in einer Druckmaschine dargestellt, wobei eine eigensichere Bremse 53 in den Elektromotor 3 integriert ist. Der Rotor 14 des Elektromotors 3 ist ähnlich wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 mittels einer Gleitlagerung verschiebbar auf dem mit dem Zylinder 1 verbundenen Zapfen 11 gelagert. An der dem Zylinder 1 abgewandten Stirnseite des Rotors 14 befindet sich ein erster Bremsbelag 54, welcher mit einem zweiten, an der Innenseite der Frontplatte 27 befestigten Bremsbelag 55 zusammenwirkt. Ohne Energiezufuhr werden die Bremsbeläge 54, 55 mittels einer als Schraubenfeder ausgebildeten Druckfeder 56, welche den Zapfen 11 umgibt, aneinander gepresst. Abweichend von der Darstellung kann die Druckfeder 56 beispielsweise auch als Tellerfeder ausgebildet sein. Um eine Kraft von der Druckfeder 56 auf den Rotor 14 und damit auf die Bremsbeläge 54, 55 zu übertragen, ist ein der Drehentkopplung dienendes Wälzlager 57 zwischen der Druckfeder 56 und dem Rotor 14 angeordnet, wobei der auf der Seite der Druckfeder 56 angeordnete Lagerring 58 des Wälzlagers 57 axial verschieblich, jedoch nicht drehbar im Gehäuse 9 gelagert ist.
Ein weiteres Wälzlager 59 überträgt beim Lösen der Bremse 53 eine Kraft und ist zwischen der Frontplatte 27 des Gehäuses 9 und dem Rotor 14 angeordnet. Hierbei ist die auf der Seite der Frontplatte 27 angeordnete Lagerschale 60 des Wälzlagers 59 nicht starr mit der Frontplatte 27 verbunden, sondern an ein Vorschubelement 61 eines in Axialrichtung wirkenden Aktuators 62 gekoppelt. Der Aktuator 62 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein druckluftbetätigtes Stellelement, kann jedoch beispielsweise auch als elektrisch betätigbares oder hydraulisches Stellelement ausgebildet sein. In jedem Fall ist ein Lösen der Bremse 53 nur bei Energiezuführung zum Aktuator 62 möglich.
Die Figuren 9 a und 9 b zeigen einen elektrischen Direktantrieb einer Druckmaschine, bei welchem der Stator 15 des Elektromotors 3 fest in dessen Gehäuse 9 angeordnet ist, während der Rotor 14 mittels einer Ausgleichskupplung 66 drehfest, jedoch axial verschieblich auf dem mit dem Zylinder 1 verbundenen Zapfen 11 geführt ist. Zur Lagerung des Rotors 14 auf dem Zapfen 11 ist eine Gleitbuchse 67 vorgesehen. Die axiale Position des Rotors 14 relativ zum Gehäuse 9 ist auch bei einer Axialverschiebung, das heißt Changierbewegung des Zapfens 11 stets gleichbleibend. Die Ausgleichskupplung 66 ist zwischen dem Rotor 14 und einem auf dem Zapfen 11 befestigten Spannsatz 68 angeordnet.
Mittels eines weiteren Ausgleichselementes 69, welches sich stirnseitig am Zapfen 11 befindet, wird die Drehbewegung des Zapfens 11 unter Entkoppelung von axialen Bewegungskomponenten an einen Winkelgeber 70 übertragen, welcher außerhalb des Gehäuses 9 angeordnet ist. Der Winkelgeber 70 ist über eine Gehäusekappe 71 mit dem übrigen Gehäuse 9 verbunden.

Bezugszeichenliste

1: Zylinder
2: Rahmenkonstruktion
3: Elektromotor
4: Stirnseite
5: Wälzlager
6: Abschnitt
7: Außenring
8: Linearführung
9: Gehäuse
10: Abschnitt
11: Zapfen
12: Rand
13: Spannvorrichtung
14: Rotor
15: Stator
16: Spaltraum
17: Innenteil
18: Außenteil
19: Spannvorrichtung
20: Schraube
21: Keil
22: Öffnung
23: Führung
24: Schraube
25: Nutenstein
26: Buchse
27: Frontplatte
28: Montagestift
29: Bohrung
30: Sackloch

31: Keilstück
32: Keilstück
33: Schraube
34: Bohrung
35: Nut
36: Wälzkörper
37: Nadelschuh
38: Rillenkugellager
39: Lagerring
40: Lagerring
41: Verbindungselement
42: Nabe
43: Verbundblech
44: Stirnseite
45: O-Ring
46: innere Stirnfläche
47: Stift
48: Bohrung
49: Nadelschuh
50: Keilstück
51: Keilstück
52: Bohrung
53: Bremse
54: Bremsbelag
55: Bremsbelag
56: Druckfeder
57: Wälzlager
58: Lagerring
59: Wälzlager
60: Lagerschale
61: Vorschubelement
62: Aktuator
63: Kühlkanal
64: Dichtung
65: Bohrung
66: Ausgleichskupplung
67: Gleitbuchse
68: Spannsatz
69: Ausgleichselement
70: Winkelgeber
71: Gehäusekappe

A: Achse
L_R: Länge des Rotors
Ls: Länge des Stators
s: Spaltbreite

Claims

Vorrichtung zum Antrieb eines Zylinders (1) einer Druckmaschine, mit einem Elektromotor (3), dessen Rotor (14) koaxial zum Zylinder (1) angeordnet und mit diesem drehfest verbunden ist, und dessen Stator (15) an einer Rahmenkonstruktion (2), in welcher der Zylinder (1) axial verschieblich gelagert ist, gehalten ist, wobei der Rotor (14) und der Stator (15) derart bemessen sowie mit dem Zylinder (1) beziehungsweise der Rahmenkonstruktion (2) gekoppelt sind, dass bei jeder beim Betrieb der Druckmaschine möglichen Axialverschiebung des Zylinders (1) der zwischen Stator (15) und Rotor (14) gebildete Spaltraum (16) sowohl hinsichtlich Spaltbreite (s) als auch hinsichtlich Länge konstant bleibt, und wobei das den Stator (15) aufnehmende Gehäuse (9) des Elektromotors (3) an einem Außenring (7) eines der Lagerung des Zylinders (1) in der Rahmenkonstruktion (2) dienenden Wälzlagers (5) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) relativ zum Zylinder (1) axial verschieblich geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Linearführung (8), mittels welcher das der Lagerung des Zylinders (1) dienende Wälzlager (5) senkrecht zur Rotationsachse (A) des Zylinders (1) in der Rahmenkonstruktion (2) verschiebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) in dessen radial innerem Bereich eine Buchse (26) aufweist, welche auf dem Zylinder (1) oder einem fest mit diesem verbundenen Zapfen (11) axial verschieblich gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (26) aus Buntmetall gefertigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) mittels einer Wälzlagerung (36) relativ zum Zylinder (1) längs verschieblich geführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Lager (38), welches die axiale Position des Rotors (14) relativ zu einem Gehäuse (9) des Elektromotors (3) unabhängig von der Axialpositionierung des Zylinders (1) festlegt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Lager (38) ein Rillenkugellager vorgesehen ist, dessen Lagerringe (39,40) mit dem Rotor (14) bzw. mit dem Stator (15) des Elektromotors (3) fest verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) mittels mindestens eines in Axialrichtung nachgiebigen, zugleich in Umfangsrichtung steifen Verbindungselementes (41), welches einerseits, in einem radial inneren Bereich, mit dem Zylinder (1) oder einem starr an diesem befestigten Teil (11,42) verbunden ist, und andererseits, in einem radial äußeren Bereich, mit dem Rotor (14) verbunden ist, am Zylinder (1) angelenkt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (41) in Axialrichtung federnd ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (41) durch Laserschweißung gefertigt und / oder mit dem Rotor (14) und / oder mit dem Zylinder (1) oder einem starr an diesem befestigten Teil (11,42) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (41) aus einem Verbundmaterial gefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial des Verbindungselementes (41) einen metallischen Werkstoff sowie einen Polymerwerkstoff umfasst.
Vorrichtung zum Antrieb eines Zylinders (1) einer Druckmaschine, mit einem Elektromotor (3), dessen Rotor (14) koaxial zum Zylinder (1) angeordnet und mit diesem drehfest verbunden ist, und dessen Stator (15) an einer Rahmenkonstruktion (2), in welcher der Zylinder (1) axial verschieblich gelagert ist, gehalten ist, wobei der Rotor (14) und der Stator (15) derart bemessen sowie mit dem Zylinder (1) beziehungsweise der Rahmenkonstruktion (2) gekoppelt sind, dass bei jeder beim Betrieb der Druckmaschine möglichen Axialverschiebung des Zylinders (1) der zwischen Stator (15) und Rotor (14) gebildete Spaltraum (16) sowohl hinsichtlich Spaltbreite (s) als auch hinsichtlich Länge konstant bleibt, und wobei das den Stator (15) aufnehmende Gehäuse (9) des Elektromotors (3) an einem Außenring (7) eines der Lagerung des Zylinders (1) in der Rahmenkonstruktion (2) dienenden Wälzlagers (5) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (15) relativ zum mit der Rahmenkonstruktion (2) verbundenen Gehäuse (9) des Elektromotors (3) axial verschieblich geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Stirnseite (44) des Stators (15) und einer inneren Stirnfläche (46) des Gehäuses (9) eine O-Ring-Dichtung (45) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine Axiallagerung, welche den Stator (15) in axial unveränderlicher Position relativ zum Rotor (14) hält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (15) verdrehgesichert im Gehäuse (9) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (15) mittels eines verstellbaren Nutensteins (49) mit einem in Umfangsrichtung des Stators (15) einstellbaren Spiel oder mit Vorspannung im Gehäuse (9) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (15) einen zum Gehäuse (9) hin abgedichteten Kühlkanal (63) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch eine eigensichere Bremse (53) zur Abbremsung des Verbundes aus Zylinder (1) und Rotor (14).