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Dokumentenidentifikation DE19649182C2 20.09.2001
Titel Druckzylinder
Anmelder Mitsubishi Jukogyo K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Nakaya, Yoshinori, Mihara, Hiroshima, JP;
Tsugawa, Takuji, Mihara, Hiroshima, JP
Vertreter Henkel, Feiler & Hänzel, 81675 München
DE-Anmeldedatum 27.11.1996
DE-Aktenzeichen 19649182
Offenlegungstag 28.05.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 20.09.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2001
IPC-Hauptklasse B41F 13/08

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Druckzylinder, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Druckmaschine nach dem Stand der Technik ist so ausgestaltet, daß in einem Farbreservoir enthaltene Druckfarbe von einer Walze zu einer anderen in einer (nicht dargestellten) Farbauftragwalzengruppe aus zahlreichen Walzen wie Farbwalzen (feed rollern) usw. überführt wird, wobei einander benachbarte Walzen über ihre Außenumfangs- bzw. Mantelflächen in Abrollberührung miteinander stehen. Die Druckfarbe wird während des Überführungsvorgangs unter Bildung eines dünnen Druckfarbfilms zweckmäßig verteilt, worauf sie gemäß Fig. 12 auf eine Druckplatte 2 übertragen wird, die eine druckende Fläche bildet und um einen Plattenzylinder 1 herumgewickelt ist. Ferner wird die Druckfarbe von der Druckplatte 2 auf ein um die Mantelfläche eines Gummituchzylinders 3 herumgelegtes Gummituch 4 übertragen. Daraufhin erfolgt ein Bedrucken auf jeder Seite einer durchlaufenden Papierbahn 5 mittels des Gummituchs 4, während die jeweiligen, ober- und unterseitig angeordneten Gummituchzylinder 3 mit ihren Mantelflächen mit der durchlaufenden Bahn 5 in Abrollberührung stehen.

Wenn Druckfarbe nur einem der Gummitücher 4 der über und unter einer Bahnlaufstrecke 6, auf welcher die Papier-Bahn 5 läuft, angeordneten Gummituchzylinder 3 zugeführt und durch dieses Gummituch übertragen wird, kann ein Drucken nur auf einer Seite der Bahn 5 durchgeführt werden. Wenn mehrere, üblicherweise vier Sätze der Gummituchzylinder 3 längs der Laufrichtung der Bahn 5 parallel angeordnet sind, kann ein Mehrfarbdruck erfolgen.

Da die für das Drucken mit der Druckmaschine benutzte Druckplatte 2 jeweils entsprechend dem auf die Bahn 5 aufzudruckenden Inhalt gewechselt werden muß, ist in der Mantelfläche des Plattenzylinders 1 eine über seine gesamte axiale Länge verlaufende Schlitzrille bzw. (sog.) Grube 7 ausgebildet; dabei wird die Druckplatte 2, auf der eine rechteckige Druckfläche geformt ist, um den Plattenzylinder 1 herumgewickelt und mit ihren vorderen und hinteren Enden in die Grube 7 eingesetzt und darin verspannt (fixiert).

Bezüglich des am Gummituchzylinder 3 angebrachten Gummituchs 4 würde bei einer bisherigen Druckmaschine eine Verbesserung gemäß Fig. 12 wie für die genannte Druckplatte 2 vorgenommen. Dabei wurde in der Mantelfläche des Gummituchzylinders 3 ebenfalls eine sog. Grube geformt, in welche die vorderen und hinteren Enden des Gummituchs eingesetzt und dieses damit am Gummituchzylinder 3 angebracht (verspannt) wurden.

Bei einer modernen handelsüblichen Offsetrotationsmaschine wurde jedoch eine Druckmaschine mit einem zylindrischen Gummituch 8 als Gummituch 4 verwendet, wie dies in Fig. 12 und in Fig. 13, die eine detaillierte Schnittansicht des Gummituchzylinders 3, in Richtung der Pfeile B-B in Fig. 12 gesehen, zeigt, dargestellt ist.

Bei Verwendung eines solchen zylindrischen Gummituchs 8 kann eine Länge Sa eines unbedruckten Bereichs in der Laufrichtung der Bahn gemäß Fig. 14 beträchtlich verkleinert sein. Infolgedessen können der Papierverlust verringert und Kosten für Druckpapier eingespart werden.

Bei einer solchen Druckmaschine ist gemäß Fig. 13 das zylindrische Gummituch 8 hülsen- oder manschettenartig ausgebildet, so daß es auf die Mantelfläche des Gummituchzylinders 3 aufgezogen und von ihr abgezogen werden kann; dabei kann einer der die beiden Enden des Gummituchzylinders 3 lagernden Lagerteile unter Bildung eines Zwischenraums an der betreffenden Stelle herausgenommen (ausgebaut) werden, wodurch Anbringen und Abnehmen des zylindrischen Gummituchs 8 erleichtert wird.

Dieser Gummituchzylinder 3 weist auf seiner Mittelachse eine durchgehende Bohrung 10 auf, die an jedem Ende der welle oder Achse mündet. In der Radialrichtung des Gummituchzylinders 3 ist eine Luft(aus)blasöffnung 11 von der durchgehenden bzw. Axialbohrung 10 zur Mantelfläche vorgesehen, so daß von außen her über die Axialbohrung 10 eingeführte Druckluft die Axialbohrung 10 und die Luftblasöffnung 11 durchströmt und in der Radialrichtung des Gummituchzylinders 3 ausgeblasen wird. Hierbei entsteht ein Druckluftfilm in einem Spalt zwischen der Mantelfläche des Gummituchzylinders 3 und der Innenumfangsfläche des zylindrischen Gummituchs 8, wodurch das Anbringen und Abnehmen des Gummituchs 8 weiter erleichtert wird.

Bei diesem Gummituchzylinder 3 wird im normalen Druckbetrieb die Zufuhr von Druckluft zum Spalt beendet, so daß das Gummituch 8 ohne Schlupf fest am Gummituchzylinder 3 anliegt.

Dabei konnte in der Mantelfläche des Gummituchzylinders 3 eine Grube (slit groove), die für das Anbringen des Gummituchs nötig war, wie die Grube 7 im Plattenzylinder 1 gemäß Fig. 12, entfallen.

Aufgrund des Ersatzes des um den Gummituchzylinder 3 herumgewickelten Gummituchs 4 durch das auf den Gummituchzylinder 3 aufzieh- und von ihm abziehbare zylindrische Gummituch 8 sowie der Verkleinerung der Grube 7 oder Spaltbreite des Plattenzylinders 1 konnten Änderungen der Andruckkraft, die durch Stöße beim Zusammentreffen von Spalten hervorgerufen werden, oder verschiedene andere Stöße erheblich gemildert werden.

Bei diesen Stößen handelt es sich hauptsächlich um Stöße, die als Bewegung (Schwingung) in der Radialrichtung des Plattenzylinders 1 und des Gummituchzylinders 3 entstehen, sowie um Stöße aufgrund von Änderungen der Winkelgeschwindigkeit (Rotationsunregelmäßigkeit) in der Rotationsrichtung. Die Entstehung dieser Stöße ist eine Ursache für Druckverdoppelung, Verwischen, Stoßmarken, Rädermarken (gear mark) usw., d. h. verschiedene Druckfehler, wie Farbauftragunregelmäßigkeiten, Farbversatz, periodisch auftretende band- bzw. schlierenartige Druckunregelmäßigkeiten und dgl. auf der bedruckten Oberfläche.

Durch die Einführung des zylindrischen Gummituchs 8 konnten mit der Abrollberührung zwischen Platten- und Gummituchzylinder 1 bzw. 3 zusammenhängende Stöße stark herabgesetzt werden. Damit wurde eine Druckmaschine realisiert, die einen hochqualitativen Druck liefert und mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann.

Durch die genannte Verbesserung und die Verbesserung durch Verkleinerung oder Wegfall der Grube 7 konnte auch die Steifheit des Plattenzylinders 1, des Gummituchzylinders 3 usw. verringert werden.

Ohne die Notwendigkeit für die Verwendung festerer (steiferer) Walzen ergibt sich somit ein Vorteil, daß nicht nur eine Antriebseinrichtung mit kompakten Abmessungen eingesetzt werden kann, sondern auch die gesamte Druckmaschine mit kompakten Abmessungen und mit verringertem Gewicht ausgelegt werden kann.

Wie oben erwähnt, sind bei den derzeit eingesetzten Druckmaschinen in neuerer Zeit bemerkenswerte technische Fortschritte gemacht worden.

Bei solchen verbesserten Druckmaschinen, wie bei derjenigen nach Fig. 12, zeigt sich jedoch eine Kundenforderung nach weiterer Verbesserung zur Verringerung des Papierverlusts und zur Verbesserung der Produktionsleistung durch Vergrößerung der Maschinenbreite, d. h. Vergrößerung der Breite der zu bedruckenden Papierbahn.

Während nämlich gemäß Fig. 14 auf herkömmliche Weise mit einer Umdrehung der gemäß Fig. 12 ober- und unterseitig angeordneten Gummituchzylinder 3 auf beiden Seiten der Bahn 5 sechzehn (z. B. Buch-)Seiten gedruckt worden sind, wird ein Druck mit noch mehr Seiten mit einer Umdrehung eines Gummituchzylinders 3' in der Weise angestrebt, daß bei Vergrößerung der Maschinenbreite vierundzwanzig Seiten auf beiden Seiten (Flächen) der Bahn gedruckt werden können (vgl. strichpunktierte Linien in Fig. 14).

Mit einer solchen Verbesserung sind folgende Wirkungen zu erwarten:

  • 1. Der Papierverlustanteil 12 an jedem Seitenrand der Bahn 5 im Verhältnis zur Gesamtbreite (der Bahn) wird verringert, weil der Papierverlustanteil 12 beim Drucken von jeweils 16 Seiten der gleiche ist wie beim Drucken von 24 Seiten.
  • 2. Bindefalze (folded binder) ergeben sich für eine größere Zahl von Seiten, so daß die Buchbindestraße effektiver arbeiten kann.
  • 3. Es kann eine weitere Verbesserung der Produktionsleistung erzielt werden.

Um diese Bedingungen zu erfüllen, ist es jedoch nötig, die axiale Länge des Druckzylinders 20, einschließlich des Gummituchzylinders 3 und des Plattenzylinders 1, von L auf L' zu vergrößern. Diese Verlängerung des Druckzylinders 20 ist allerdings wegen einer Durchbiegungsverformung desselben beim Drucken problematisch. Genauer gesagt: neben Schwingung, die an der rotierenden Welle oder Achse des Druckzylinders 20 auftritt, ergibt sich ein großes Problem bezüglich Ungleichförmigkeit der Andruckkraft, d. h. des Spaltdrucks (nip pressure) zwischen dem Mittelbereich und den beiden Endbereichen des Druckzylinders 20.

Diese Durchbiegungsverformung des Druckzylinders 20 tritt in der in Fig. 15 gezeigten Form auf. Wenn jedoch als Gegenmaßnahme für die Ungleichförmigkeit der Andruckkraft z. B. der Zylinderdurchmesser vergrößert wird, um die Durchbiegungsfestigkeit zu erhöhen, ergibt sich ein anderes Problem in Form einer Vergrößerung der Maße des Druckzylinders sowie der Hilfs- oder Zusatzausrüstung, wie Lager und dgl.; außerdem muß die Leistung eines Motors als Antriebseinrichtung erhöht werden, und auch die Abmessungen der gesamten Druckmaschine vergrößern sich.

Aus DE-PS 14 574 ist eine Walze bekannt, bei der die Durchbiegung des Walzenkörpers durch axiale konische Ringnuten verringert ist, so daß die Walze auch bei sich verändernder Zapfenbelastung möglichst gleichmäßig auf ihrer ganzen Arbeitslinie zur Wirkung kommt.

Aus US 3 840 958 ist eine Kalanderwalze bekannt, bei der zu demselben Zweck axiale Ringnuten konstanter Breite vorgesehen sind.

Bei beiden Walzen dient die Mantelfläche auch der ringförmigen Außenzylinderteile unmittelbar als Arbeitsfläche, auf die die Belastungen einwirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in seiner axialen Länge verlängerten Druckzylinder zur Verwendung in einer Druckmaschine zu schaffen, bei dem die Auswirkungen der Verformung infolge der Arbeitsbelastung trotz gleichbleibendem Durchmesser vermindert sind.

Gelöst wird diese Aufgbae durch einen Druckzylinder mit den Merkmalen nach Anspruch 1.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Druckzylinder entstehen die Durchbiegungsverformungen in seinem Mittelbereich und an seinen beiden Seiten-Endabschnitten aufgrund der beim Drucken auf den Druckzylinder einwirkenden Andruckkraft und die auf die Lagerteile wirkende Gegenwirkkraft in der Weise, daß sie einander aufheben und sich gegenseitig ausgleichen.

Infolgedessen können durch die Durchbiegung des Druckzylinders in seinem Mittelbereich und an seinen beiden Endabschnitten hervorgerufene unregelmäßige Änderungen in der axialen Andruckkraft verringert sein.

Bei dem Druckzylinder mit gleichbleibendem Durchmesser, der mittels der bisher eingesetzten Zusatzausrüstung und Antriebseinheit angetrieben werden kann, ist somit seine axiale Länge so vergrößert, daß die für das Drucken nutzbare Breite des Druckzylinders vergrößert ist. Folglich kann die Zahl der pro Umdrehung des Gummituchzylinders gedruckten Seiten vergrößert sein, wobei sich zudem die oben angegebenen Vorteile ergeben.

Trotz der Vergrößerung der axialen Länge des Druckzylinders kann der Einfluß einer Durchbiegungsverformung auf den Druck bzw. das Druckerzeugnis gemildert sein und können auch Druckmängel im Druckerzeugnis vermieden werden, so daß ein hochqualitatives Druckerzeugnis erhalten wird.

Beim erfindungsgemäßen Druckzylinder ist ferner der tiefste Teil bzw. der Nutsohlenteil der konzentrisch in der Axialrichtung in den Druckzylinder eingestochenen Ringnut sphärisch bzw. kalottenförmig ohne (scharf abgewinkelten) Randteil geformt, so daß eine Spannungskonzentration (in diesem Bereich) vermieden wird.

Die sphärische Form kann in einer Rundung des distalen Endes bzw. Innenendes der Ringnut oder in einem sphärischen Bereich im Raum um das Innenende herum, welcher Bereich breiter ist als die Ringnut selbst, oder in irgendeiner anderen Form bestehen, mit der Rißbildung, Brüche und dgl. infolge von Metallermüdung aufgrund von (mechanischer) Spannungskonzentration im tiefsten Bereich der Ringnut verhindert werden können.

Beim erfindungsgemäßen Druckzylinder kann demzufolge beim Drucken, d. h. bei Ausübung einer Andruckkraft auf den Druckzylinder, eine Spannungskonzentration am tiefsten Bereich der Ringnut gemildert bzw. verringert sein, so daß vom Nutsohlenteil der Ringnut ausgehende Risse oder Brüche, als Folge wiederholter Belastung des Druckzylinders, vermieden werden können. Hierdurch wird eine langfristige Erhaltung oder erhöhte Standfestigkeit des Druckzylinders, der mit hoher Genauigkeit zu drucken vermag, erzielt.

Bei einer Ausführungsform des Druckzylinders ist ferner ein elastisches Material in den Raum innerhalb der konzentrisch in der Axialrichtung in den Druckzylinder eingestochenen Ringnut eingefüllt.

Das elastische Material kann zweckmäßig ein Gummi sein, der eine schnelle, konzentrisch zum Druckzylinder auftretende Durchbiegungsverformung zu mildern, d. h. zu dämpfen und damit Stöße bzw. Schwingung (shocks) zu verringern vermag.

Dabei kann mithin dessen Durchbiegungsverformung beim Druckvorgang, wenn der Druckzylinder mit einer Andruckkraft beaufschlagt ist, verkleinert sein; insbesondere kann radiale (Schwingungs-)Bewegung des Druckzylinders gedämpft sein. Infolgedessen können Brüche des Druckzylinders als Folge wiederholter Belastung desselben vermieden werden, so daß der zum Drucken mit hoher Genauigkeit befähigte Druckzylinder eine lange Betriebslebensdauer gewährleisten kann.

Der Druckzylinder ist vorzugsweise ein Gummituchzylinder, bei dem ein manschettenartiger Außenzylinder, etwa ein zylindrisches Gummituch o. dgl., an der Zylinder-Mantelfläche anbringbar und von ihr abnehmbar ist. Dabei sind eine die Ringnut in der Radialrichtung passierende Luftblasöffnung bzw. -bohrung, die an der Zylinder-Mantelfläche mündet, und (je) eine Dichtungsvorrichtung zum Abdichten bzw. Verschließen der Öffnung der Ringnut an jeder Stirnfläche des Druckzylinders vorgesehen.

Damit kann die Ausblasleistung der Druckluft, die beim Anbringen oder Abnehmen des manschettenartigen Gummituchs an bzw von der Zylinder-Mantelfläche in den Spalt bzw. Raum zwischen der Gummituch-Innenumfangsfläche und der Zylinder-Mantelfläche eingeführt wird, unter Vermeidung eines Austritts der Druckluft über die Öffnung jeder Ringnut in den Stirnflächen des Druckzylinders aufrechterhalten bleiben, obgleich die Ringnut zur Verhinderung einer Durchbiegung (oder Auslenkung) als Folge der Verlängerung des Druckzylinders vorgesehen ist. Durch Druckbeaufschlagung der Innenumfangsfläche(nseite) des Gummituchs kann somit dieses - wie beim Gummituchzylinder ohne Ringnut - aufgeweitet werden, wodurch sein Anbringen und Abnehmen an der bzw. von der Zylinder-Mantelfläche erleichtert wird.

Mit dem oben umrissenen Druckzylinder lassen sich die folgenden Wirkungen bzw. Vorteile erzielen:

Da in jeder axialen Seite (Stirnfläche) des Druckzylinders eine ringförmige Nut einer vorbestimmten Tiefe eingestochen ist, kann dann, wenn Durchbiegungen des Mittelbereichs und der beiden Seitenbereiche des Druckzylinders infolge des Berührungsdrucks zwischen aneinander anliegenden Druckzylindern in zueinander entgegengesetzter Richtung wirken, die Differenz der in der Breitenrichtung des Druckzylinders auftretenden Durchbiegungsverformungen erheblich verringert sein; infolgedessen können eine gleichmäßige Andruckkraft in der Breitenrichtung erzielt werden und die Gesamtlänge des Druckzylinders vergrößert sein, auch wenn der Druckzylinder den gleichen Durchmesser wie der herkömmliche Druckzylinder aufweist. Hierdurch wird folgendes gewährleistet:

  • 1. Die Zahl der pro Umdrehung des Plattenzylinders (aus)druckbaren Seiten kann vergrößert sein.
  • 2. Da die Bahnbreite vergrößert sein kann, kann der Papierverlustanteil an den Seitenrändern des Papiers, bezogen auf die Papieroberfläche, verkleinert sein.
  • 3. Bindefalze ergeben sich für eine größere Seitenzahl; damit kann eine nachgeschaltete Buchbindestraße effektiver arbeiten,
  • 4. Da die Durchbiegungsverformung reduziert ist, können bei einem Druckzylinder der gleichen axialen Länge die Lager weiter außen angeordnet sein; zudem werden (maschinelle) Fertigung, Montage und Wartung vereinfacht.
  • 5. Es können eine Verbesserung der Druckgüte und eine Erhöhung der Produktionsleistung durch Hochgeschwindigkeitsbetrieb realisiert werden.
  • 6. Der Druckzylinder kann einem weiten Bereich von Einsatzzwecken, z. B. als Leitwalze, Farbwalze (feed rollers) einer Farbauftragwalzengruppe und als verschiedene andere Walzen zugeführt werden.

    Da der tiefste Teil der konzentrisch in der Axialrichtung eingestochenen Ringnut zur Herabsetzung einer Spannungskonzentration in diesem Bereich sphärisch bzw. kalottenartig geformt ist und keine (scharf abgewinkelten) Rand- oder Kantenteile aufweist und in den Spalt bzw. Raum innerhalb der Ringnut ein elastisches Material eingefüllt ist, wird folgendes erreicht:
  • 7. Durch die Ausbildung der Ringnut im Druckzylinder kann eine hervorgerufene Spannungskonzentration absorbiert und gemildert werden, und radiale Schwingung kann unterdrückt sein. Infolgedessen werden eine Verbesserung der Druckgüte in vielfacher Hinsicht erzielt und die Haltbarkeit bzw. Standfestigkeit des Zylinders (Erhaltung der Druck-Genauigkeit) erhöht.

    Bei Verwendung des Druckzylinders als Gummituchzylinder, bei dem ein manschettenartiger Außenzylinder an der Zylinder-Mantelfläche anbringbar und von ihr abnehmbar ist und bei dem eine die Ringnut in der Radialrichtung des Zylinders passierende und an der Zylinder-Mantelfläche mündende Luftblasbohrung sowie eine Dichtungsvorrichtung zum Abdichten (Verschließen) der Öffnung der Ringnut an jeder Stirnfläche des Druckzylinders vorgesehen sind, ergibt sich folgendes:
  • 8. Da die Luft eingeschlossen ist, kann die Ausblasfunktion der Druckluft zur Bildung eines Luftfilms beim Anbringen (Aufziehen) oder Abnehmen (Abziehen) des zylindrischen Gummituchs erhalten bleiben, wodurch diese Arbeitsgänge erleichtert werden; im normalen Druckbetrieb bleibt zudem das Gummituch in inniger Anlage gegen den Gummituchzylinder, so daß kein Schlupf auftritt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Darstellungen eines Druckzylinders gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei im einzelnen zeigen: Fig. 1(a) eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Seitenansicht und Fig. 1(b) eine Stirnseitenansicht, in Richtung der Pfeile A-A in Fig. 1(a) gesehen,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht des Druckzylinders nach Fig. 1 zur Veranschaulichung eines Belastungszustands an diesem,

Fig. 3 eine schematische Teildarstellung zur Veranschaulichung einer Axialrichtungs-Durchbiegungsverformung des Druckzylinders nach Fig. 1,

Fig. 4 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Tiefe einer im Druckzylinder nach Fig. 1 vorgesehenen Ringnut und der Durchbiegungsdifferenz zwischen dem Mittelbereich und den beiden Endbereichen des Druckzylinders unter Zugrundelegung des Innendurchmessers der Ringnut als Parameter,

Fig. 5 eine Teil-Längsschnittansicht eines Endabschnitts eines Druckzylinders gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 eine Teil-Längsschnittansicht eines Endabschnitts eines Druckzylinders gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine Teil-Längsschnittansicht eines Endabschnitts eines Druckzylinders gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine Teil-Längsschnittansicht eines Endabschnitts eines Druckzylinders gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Darstellung zur Verdeutlichung eines Fertigungsvorgangs am Druckzylinder nach Fig. 1, wobei Fig. 9(a) und Fig. 9(b) ein erstes bzw. zweites Beispiel veranschaulichen,

Fig. 10 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Darstellung zur Verdeutlichung eines Fertigungsvorgangs am Druckzylinder nach Fig. 1, wobei Fig. 10(a) und Fig. 10 (b) ein drittes bzw. viertes Beispiel veranschaulichen,

Fig. 11 eine teilweise im Längsschnitt gehaltene Darstellung eines Endabschnitts bei einem fünften Beispiel zur Verdeutlichung eines Fertigungsvorgangs am Druckzylinder nach Fig. 1,

Fig. 12 eine veranschaulichende Darstellung eines Beispiels der Anordnung von Druckzylindern als Teil einer Druckmaschine,

Fig. 13 eine Teil-Längsschnittdarstellung eines Endabschnitts eines herkömmlichen Gummituchzylinders,

Fig. 14 eine Draufsicht auf eine Papierbahn und einen Druckzylinder zur Verdeutlichung eines Beispiels einer Kundenforderungstendenz bei einer Druckmaschine, und

Fig. 15 eine schematische Teildarstellung zur Verdeutlichung einer bei einem Druckzylinder auftretenden Durchbiegungstendenz, die durch eine auf einen herkömmlichen Druckzylinder wirkende Druckkraft hervorgerufen wird.

Gemäß den Fig. 1(a) und 1(b) ist bei einem Druckzylinder 20 gemäß einer ersten Ausführungsform je eine umlaufende, ringförmige Öffnung in jedem Endabschnitt eines Zylinderkörpers 22 einer Länge L vorgesehen. Dabei ist eine Ringnut 25 so geformt, daß ihr Sohlenteil in der Axialrichtung in einer vorbestimmten Tiefe l von der betreffenden Öffnung aus liegt.

Durch die im Zylinderkörper 22, auf den eine Andruckkraft einwirkt, des Druckzylinders 20 geformte Ringnut 25 werden folgende Wirkungen erzielt:

Wenn gemäß Fig. 2 die Länge des Zylinderkörpers 22 gleich L, die Länge eines Endes einer (eines) Achse bzw. Achsstummels 21 gleich a, die Tiefe der von der einen Stirnfläche 24 des Zylinderkörpers 22 in der Axialrichtung eingestochenen Ringnut 25 gleich l, eine auf den Zylinderkörper 22 wirkende gleichmäßig verteilte Belastung gleich w und die auf den einen Endabschnitt der Achse 21 wirkende Drehpunktgegenwirkkraft gleich RA sind, ergibt sich das eine, (Durch-)Biegung bewirkende Moment M nach den folgenden allgemeinen Formeln (Gleichungen) (1) bis (3):

Moment von w:





Moment von RA: MXRA = w - L/2 - (L/2 - x + a) (2)



Zusammengesetztes Moment: MX = MXW + MXRA = w/8 - (L2 - 4x2 + 4aL) (3)



Dies gilt unter der Voraussetzung, daß x, das kleiner als L/2 und größer als 0 ist, auf den Koordinaten in der Axialrichtung des Druckzylinders 20 liegt, wobei der Ursprungsort die Mittellinie CL (Punkt B) des Zylinderkörpers 22 ist.

Da in obiger Gleichung (3) x kleiner ist als L/2, ist (L2 - 4x2) stets eine positive Größe, und das zusammengesetzte Moment Mx ist oder wird in jedem Fall positiv.

Wenn jedoch l mit einer vorbestimmten Länge gegeben ist, d. h. in dem Abschnitt oder Bereich eines Außenzylinders des Zylinderkörpers 22, wo die Ringnut 25 vorgesehen ist, entsteht ein Moment durch w, doch wird kein Moment durch die Drehpunktgegenwirkkraft RA erzeugt. An der Achse 21 wird ein Moment durch RA erzeugt, doch ist kein Moment aufgrund der gleichmäßig verteilten Belastung w vorhanden.

Aus obigen Ausführungen geht hervor, daß die Ringnut 25 eine Wirkung zur Milderung oder Unterdrückung des Einflusses der Drehpunktgegenwirkkraft RA, die in dem die eingestochene Ringnut 25 aufweisenden Bereich des Zylinderkörpers 22 erzeugt wird bzw. entsteht, auf das Moment Mx hat.

Nebenbei bemerkt, ist der Druckzylinder 20 einer in Fig. 3 veranschaulichten Durchbiegungsverformung (deflection deformation) aufgrund der Momente Mxw und MxRA nach den Gleichungen (1) bzw. (2) unterworfen.

Nachstehend ist für das Beispiel eines gewöhnlichen Druckzylinders 20 ein Modellberechnungsbeispiel für die Durchbiegungsverformung am Punkt A der Stirnfläche des Zylinderkörpers 22 und am Punkt B von dessen Mittellinie CL (vgl. Fig. 2) angegeben.

Wenn eine Berechnung durchgeführt wird mit: L = 1500 mm, w = 0,67 kg/mm, a = 1000 mm, ∅D1 = 80 mm, ∅D3 = 170 mm, ∅D2 = ∅D4 = 80-110 mm, 150 mm und 160 mm, ergibt sich die Differenz δ, der Durchbiegungsverformung zwischen den Punkten A und B auf die in Fig. 4 gezeigte Weise.

Wenn nämlich - bezogen auf die Form und Belastungsbedingung des Druckzylinders 20 - der Innendurchmesser ∅D2 und der Außendurchmesser ∅D4 der Ringnut 25 ∅D2 = ∅D4 = 150-160 mm betragen und die Tiefe l der Ringnut 25 gleich 1 = 500-600 mm ist, werden die Durchbiegungsgrößen am Punkt A des Endabschnitts des Zylinderkörpers 22 und am Punkt B seines Mittelbereichs einander ungefähr gleich; dabei besteht ein(e) Punkt bzw. Stelle, wo die Differenz 8 der Durchbiegungsverformung zu Null wird.

Wenn nämlich die Ringnut 25 mit einer Tiefe l von etwa 1/4-1/3 der Länge L des Zylinderkörpers 22 eingestochen ist oder wird, zeigt es sich, daß die Durchbiegungsgrößen am Punkt A des Endabschnitts des Zylinderkörpers 22 bzw. am Punkt B seines Mittelbereichs jeweils etwa gleich groß werden und auch die Andruckkraft in der Axialrichtung des Zylinderkörpers 22 ungefähr gleich (groß) wird, so daß damit eine praktisch günstige Wirkung zu erwarten ist.

Ferner kann die Dicke des Außenzylinderteils des Zylinderkörpers 22, wo die Ringnut 25 vorgesehen ist, unter Berücksichtigung der Durchbiegungsgröße des Außenzylinders und der Steifheit eines Wellen- oder Achsteils des Zylinderkörpers 22 an der Innenumfangsseite der Ringnut 25 bestimmt werden; diese (Dicke) ist praktisch günstig, wenn sie mit etwa 5- 10% des Außendurchmessers (∅D3) des Zylinderkörpers 22 gewählt wird.

Ein Gummituchzylinder 26 gemäß einer zweiten Ausführungsform (der Erfindung) ist in Fig. 5 dargestellt. Wie für den Stand der Technik nach Fig. 13 beschrieben, ist dabei ebenfalls zur Erleichterung des Anbringens (Aufziehens) und Abnehmens (Abziehens) eines zylindrischen Gummituchs an bzw. von der Mantelfläche des Gummituchzylinders 26 eine durchgehende Bohrung 28 durch den Mittelachsteil des Gummituchzylinders 26 vorgesehen, und eine Luft(aus)blasbohrung 29, welche die (durchgehende) Bohrung 28 mit der Mantelfläche des Gummituchzylinders 26 verbindet, ist in der Radialrichtung an einer Stelle nahe jedem Achsendabschnitt des Gummituchzylinders 26 geformt.

Wenn jedoch in diesem Fall eine anhand von Fig. 1 beschriebene Ringnut 25, wie in Fig. 5 gezeigt, in den Gummituchzylinder 26 eingestochen ist, verläuft die Luftblasbohrung 29 radial über die Ringnut 25, wobei Druckluft, die beim Anbringen und Abnehmen des Gummituchs 27 in einen Spalt oder Zwischenraum zwischen dem Gummituchzylinder 26 und dem zylindrischen Gummituch 27 eingeblasen werden soll, aus einer Öffnung (Mündung) der Ringnut 25 an jeder Stirnfläche 25 des Gummituchzylinders 26 herausdringt, so daß die Wirkung der Bildung eines Luftfilms im Spalt zwischen der Mantelfläche des Gummituchs 27 und der Mantelfläche des Gummituchzylinders 26 verlorengeht.

Bei dieser Ausführungsform ist daher am Öffnungsteil der Ringnut 25 in jeder Stirnfläche des Gummituchzylinders 26 je ein O-Ring 30 mittels eines O-Ringhalters 31 eingesetzt, so daß der an der Stirnfläche 24 des Zylinderkörpers offene Öffnungsteil abgedichtet bzw. verschlossen ist.

Anstelle des O-Rings 30 können auch andere Dichtungsglieder, etwa eine Sitz-Dichtungspackung o. dgl. verwendet werden, sofern dabei die für die erste Ausführungsform angegebene Funktion und Wirkung durch die Ringnut 25 gewährleistet wird und ein Austritt von Druckluft aus der Öffnung bzw. Mündung der Ringnut 25 beim Anbringen und Abnehmen des zylindrischen Gummituchs 27 verhindert werden kann.

Beim Gummituchzylinder 26 gemäß dieser Ausführungsform fungiert die Ringnut 25 auf die gleiche Weise, wie für die erste Ausführungsform beschrieben, unter Gewährleistung der gleichen Wirkung bei Verhinderung eines Austritts der über die durchgehende Bohrung 28 im Mittelachsteil zugeführten Druckluft. Damit wird der gleiche Vorteil der Verwendung eines zylindrischen Gummituchs 27, wie für den herkömmlichen Gummituchzylinder 3 nach Fig. 13 beschrieben, erzielt, nämlich daß Anbringen und Abnehmen des zylindrischen Gummituchs 27 einfach vorgenommen werden können und eine Druckmaschine, die mit hoher Güte zu drucken und im Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu arbeiten vermag, bereitgestellt wird.

Bei einer in Fig. 6 gezeigten dritten Ausführungsform ist die Erfindung, wie bei der zweiten Ausführungsform nach Fig. 5, auf einen Gummituchzylinder 26 angewandt, an (von) dessen Mantelfläche ein zylindrisches Gummituch 27 anbringbar bzw. abnehmbar ist.

Bei dieser Ausführungsform sind am Öffnungs- oder Mündungsteil der Ringnut 25 in jeder Stirnfläche 24 des Gummituchzylinders 26 zwei Ringe 33 und 34 mittels eines Flansches 32 angesetzt, um einen Druckluftaustritt zu verhindern.

Bei dieser Ausführungsform kann neben der Funktion und Wirkung bei der zweiten Ausführungsform ferner erreicht werden, daß das Verschließen des Öffnungsteils der Ringnut 25 sicherer erfolgen und das Anbringen und Abnehmen des zylindrischen Gummituchs 27 noch einfacher geschehen kann.

Fig. 7 ist eine Teilschnittansicht eines Endabschnitts eines erfindungsgemäßen Druckzylinders 20. Dabei ist der tiefste Bereich bzw der Nutsohlenteil der axial in den Druckzylinder 20 eingestochenen Ringnut 25 mit einem Radius R sphärisch bzw. als Kalotte (sphere) 35 geformt, so daß kein (scharf abgewinkelter) Rand- oder Kantenbereich vorhanden ist.

Da hierbei der tiefste Bereich der Ringnut 25 als Kalotte 35 ausgebildet ist, kann eine durch die Durchbiegungsverformung des Druckzylinders 20 hervorgerufene (mechanische) Spannungskonzentration am bzw. im Nutsohlenteil gemildert sein oder werden, und eine mit Metallermüdung und dgl. einhergehende Riß- oder Bruchbildung am Zylinderkörper 22, ausgehend vom Nutsohlenteil, kann beseitigt sein, so daß die Druckgenauigkeit bzw. -güte über einen langen Zeitraum hinweg erhalten bleiben kann (verbesserte Haltbarkeit).

Beim sphärischen Ausarbeiten des tiefsten Bereichs ist zudem eine Kalotte (sphere) 35' einer die Breite der Ringnut 25 übersteigenden Weite im Zylinderkörper 22 geformt; hierdurch können die oben angegebenen Vorteile noch sicherer gewährleistet werden.

Fig. 8 ist eine Teilschnittansicht eines Endabschnitts eines Druckzylinders 20 gemäß einer vierten Ausführungsform. Dabei ist ein elastisches Material 36, wie Gummi o. dgl., in den Spalt (Raum) in der axial in den Zylinderkörper 22 des Druckzylinders 20 eingestochenen Ringnut 25 eingefüllt.

Durch dieses elastische Material 36 können schnelle Änderungen der Durchbiegungsverformung des Druckzylinders 20 gemildert und insbesondere möglicherweise in der Radialrichtung des Druckzylinders 20 auftretende Stöße (Schwingung) wirksam reduziert werden, wodurch die Haltbarkeit des Druckzylinders 20 erhöht werden kann.

Wenn weiterhin diese Ausführungsform auf den Gummituchzylinder 26 mit der radialen Luftblasbohrung 29 gemäß zweiter und dritter Ausführungsform (Fig. 5 bzw. 6) angewandt wird, ist ohne Verwendung der dort nötigen O-Ringe 30, 33, 34, des O-Ringhalters 31 und des Flansches 32 die Öffnung bzw. Mündung der Ringnut 25 in der Stirnfläche des Zylinderkörpers verschlossen, so daß ein Ausströmen von Druckluft beim Anbringen und Abnehmen des zylindrischen Gummituchs 27 vermieden werden kann.

Obgleich vorstehend verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Druckzylinders 20 beschrieben sind, sind dessen Merkmale je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck teilweise oder in Kombination, abgesehen von den Druckzylindern nach den Fig. 5 und 6, auf eine Farbauftragwalzengruppe, einen Plattenzylinder, einen Gummituchzylinder und dgl. übertragbar.

Im folgenden ist zusätzlich der Vorgang der Ausbildung der Ringnut 25 im Zylinderkörper 22 des Druckzylinders 20 beschrieben.

Fig. 9(a) zeigt ein erstes Beispiel dieses Vorgangs, wobei jeder Endabschnitt des Zylinderkörpers 22 des Druckzylinders 20 mit einem kleineren Durchmesser ∅d als der Durchmesser ∅D3 des Zylinderkörpers 22 geformt und eine Hülse oder Manschette 37 mit einem innenseitigen abgestuften Abschnitt entsprechend einer vorbestimmten Nutbreite h und -tiefe l um den Außenumfang des dünneren Abschnitts des Zylinderkörpers aufgesetzt wird. Anschließend wird der Verbindungs- bzw. Fugenabschnitt zwischen dem Ende der Manschette 37 und dem den Durchmesser ∅D3 besitzenden Abschnitt des Zylinderkörpers 22 um den gesamten Umfang herum verschweißt. Hierauf wird zur Korrektur eines Schweißverzugs o. dgl. der Außenumfang der Manschette 37 und des Zylinderkörpers 22 auf einer Achse 21 als Bezugsdrehachse durch spanendes Abdrehen oder Schleifen bearbeitet, so daß ein fugenloser, echt kreisförmiger Druckzylinder 20 gebildet wird.

Beim zweiten Beispiel dieses Vorgangs gemäß Fig. 9(b) wird ein der Ringnut 25 entsprechender Abschnitt einer vorbestimmten Nutbreite h und -länge l in den dünneren Abschnitt des Zylinderkörpers 22 eingestochen; sodann kann eine Hülse oder Manschette 37' ohne innenseitigen abgestuften Abschnitt aufgesetzt werden, so daß auf gleiche Weise, wie beim ersten Beispiel, ein Druckzylinder 20 erhalten wird.

Fig. 10(a) zeigt ein drittes Beispiel des Vorgangs, wobei ein(e) dünnere(r) Achse oder Achsstummel zur Ausbildung eines abgestuften Abschnitts entsprechend einer vorbestimmten Nutbreite h und -länge l an jedem Endabschnitt des Zylinderkörpers 22 bearbeitet und sodann ein(e) lineare(r) Manschette (Zylinder) 38 ohne abgestuften Abschnitt an der Innenseite und mit einer Länge entsprechend der des Zylinderkörpers 22 auf diesen aufgepreßt wird, so daß damit ein Druckzylinder 20 erhalten wird. Durch Aufschrumpfverbindung kann dabei ein echt kreisrunder Druckzylinder 20 ohne Verbindungs- oder Fugenbereich in seiner druckenden Mantelfläche auf dem Zylinderkörper 22 geformt werden.

Beim vierten Beispiel dieses Vorgangs gemäß Fig. 10(b) werden eine dünnere Achse eines Durchmessers entsprechend dem Innendurchmesser der Ringnut 25 vorgesehen und eine Manschette 371 mit je einem innenseitigen abgestuften Abschnitt entsprechend einer vorbestimmten Nutbreite h und -Tiefe l an jedem Endabschnitt auf den Zylinderkörper aufgeschrumpft, so daß wiederum ein entsprechender Druckzylinder 20 erhalten wird.

Fig. 11 veranschaulicht ein fünftes Beispiel des Fertigungs-Vorgangs, bei dem die Ringnut 25 auf einer Drehbank mittels eines Drehstahls 39 eingestochen wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Druckzylinder (20) zur Verwendung in einer Druckmaschine, z. B. in einer Farbwalzengruppe, als Plattenzylinder zur Aufnahme einer Druckplatte oder als Gummituchzylinder zur Aufnahme eines Gummituches (27), wobei an jeder Stirnfläche (24) des Druckzylinders (20) eine sich in Axialrichtung des Druckzylinders (20) erstreckende, zum Druckzylinder (20) konzentrische Ringnut (25) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß auf die Mantelfläche des Druckzylinders (20) ein Gummituch (27) in Hülsenform aufziehbar ist, das die durch die Ringnut (25) geformten ringförmigen Außenzylinderteile übergreift und unter Eigenspannung schlupffrei gehalten ist,
    2. - daß sich die Ringnut (25) mit konstanter Breite (h) in der Axialrichtung parallel zur Druckzylinderachse erstreckt,
    3. - daß sich die Ringnut (25) von jeder Stirnfläche (24) des Druckzylinders (20) aus in der Axialrichtung mit einer Tiefe (l) entsprechend 1/4 bis 1/3 der Gesämtlänge (L) des Druckzylinders (20) erstreckt,
    4. - daß am Nutgrund der Ringnut (25) ein kugelförmiger Bereich bzw. eine Kalotte (35) geformt ist, der bzw. die einen Raum bildet, der größer ist als die Breite (h) der Ringnut.
  2. 2. Druckzylinder (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke bzw. Wandstärke des ringförmigen Außenzylinderteils 5%-10% eines Außendurchmessers (∅D3) des Druckzylinders (20) beträgt.
  3. 3. Druckzylinder (20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (25) mit einem elastischen Material (36) gefüllt ist.
  4. 4. Druckzylinder (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Ringnut (25) in der Radialrichtung passierende und an der Mantelfläche mündende Luftausblasbohrung (29) und eine Dichtungsvorrichtung zum Abdichten oder Verschließen einer Öffnung der Ringnut (25) an jeder Stirnfläche (24) des Druckzylinders (20) vorgesehen sind.






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