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Die Erfindung betrifft eine Anordnung
eines Elektromotors zum Antrieb eines an einer Gestellwandung drehbeweglich
gelagerten Drehkörpers, wobei
der Rotor des Elektromotors auf der Antriebswelle des Drehkörpers zu
dessen Direktantrieb steif und drehfest angeordnet ist, und der
Stator an der Gestellwandung abgestützt ist, wobei die Anordnung vor
allem in einer Druckmaschine, insbesondere Offsetdruckmaschine,
anwendbar ist. Darin stellen die registerverstellbaren Plattenzylinder
die relevanten Drehkörper
dar.
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Bekanntlich werden Druckwerke von
Offsetdruckmaschinen von einem Hauptantrieb angetrieben, der seine
Antriebsleistung über
eine mechanische Längswelle
oder einen Getriebezug auf die Einzelaggregate der Druckmaschine
und weiter auf die einzelnen Zylinder, Walzen und Trommeln verteilt. Die
Druckwerke sind durch diese mechanische Längskopplung derart miteinander
verbunden, dass auch deren Synchronlauf zueinander sichergestellt ist.
Zur praktischen Realisierung ist ein komplexes mechanisches System
mit einer Vielzahl unterschiedlicher Komponenten wie z. B. Getriebe,
Kupplungen usw. notwendig. Die dabei unvermeidbaren Synchronitätsfehler
aufgrund des Zahnspieles, der durch die großen Trägheitsmassen bedingten Elastizität des Antriebsräderzuges
und der Eigenschwingungen beeinträchtigen die Registergenauigkeit
und damit die Druckbildgüte.
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Deshalb sind Bestrebungen bekannt,
diese mechanische Kopplung zwischen den einzelnen Druckwerken und
innerhalb der Druckwerke ganz oder teilweise durch Einzelantriebe
an Zylindern bzw. dezentrale Antriebe an Zylindergruppen, Druckwerken
oder Druckwerksgruppen und eine elektronische Synchronisierung der
Antriebe zu ersetzen.
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Um aber ohne mechanische Synchronisation den
Gleichlauf der Druckwerke bzw. der Drehkörper innerhalb der Druckwerke
untereinander sicher zu stellen, müssen die einzelnen Antriebe
innerhalb eines gemeinsamen Regelungssystems koordiniert sein. Das
betrifft nicht nur die Drehwinkelstellung der Zylinder, Walzen und
Trommeln, sondern auch deren axiale und/oder radiale Positionen.
Bei direkt angetriebenen Drehkörpern
werden deshalb Lösungen
für die
gleichzeitige Lagejustierung der Drehkörper und der an ihnen angeordneten
Direktantriebe benötigt, ohne
dabei den Hauptvorteil der Direktantriebe – ihre Steifigkeit – zu beeinträchtigen.
Aufgrund der starren Anbindung des Rotors an den Drehkörper bei
Direktantrieben betreffen derartige Lösungen insbesondere das Problem
der Statorpositionierung synchron zur Rotor-Drehkörperverbund-Verstellung.
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Eine derartige Anordnung in Druckmaschinen
ist beispielsweise aus der
DE
41 38 479 A1 bekannt. Rotor/Drehkörper und Stator des Direktantriebes
sind in konzentrischen Exzenterführungen
gelagert, deren gemeinsame Verstellbewegungen durch eine lösbare, vorzugsweise
mechanische Verbindung miteinander gekoppelt sind. Zur axialen Verstellung
greifen an bei den Exzenterführungen
miteinander synchronisierte Linearantriebe an. Die dort beschriebene
Antriebsanordnung hat den Nachteil, dass jeweils zwei Stellmittel
für Rotor
und Stator benötigt
werden und dass der Aufwand für
die Synchronisierung der parallelen Verstellbewegungen hoch ist.
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Ferner ist aus der
EP 1 132 202 A1 bekannt, bei
einer Offsetdruckmaschine exzentrisch gelagerte Platten- und Gummituchzylinder
zu verwenden, wobei der Stator an dem exzentrischen Lagerring der angetriebenen
Zylinderwelle befestigt ist. Die Axialregisterverstellung erfolgt
hier über
einen Linearmotor oder eine motorisch angetriebene Spindel, die
an der Zylinderwelle angreift und den Rotor längs des Luftspaltes relativ
zum Stator verschiebt.
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Nachteilig ist daran, dass die auf
die Zylinderwelle wirkende Spindel den für den Direktantrieb benötigten Bauraum
erheblich vergrößert.
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In der
DE 199 03 847 A1 wird die
axiale Stelleinrichtung aus einer auf der Zylinderantriebswelle fest
angeordneten Scheibe aus ferromagnetischem Material, auf die ein
gestellfestes Magnetspulensystem wirkt, gebildet. Über die
Stärke
des erzeugten Magnetfeldes wird der Abstand zwischen Scheibe und
Spulensystem und damit die axiale Position des verschiebbar gelagerten
Zylinders verändert.
Das Magnetspulensystem kann dabei sowohl in einer Baueinheit mit
dem Direktantrieb als auch separat oder an beiden Seiten des zu
verstellenden Zylinders angeordnet sein. Eine radiale Verstellmöglichkeit
ist nicht vorgesehen.
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Die Axialverstellung mittels Magnetfeld
weist eine widerstandskraftabhängige
Wirkung auf, die eine stabile Positionierung erschwert.
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Die beiden letztgenannten Ausführungsformen
für eine
Axialregisterverstellung erfordern die axiale Relativbeweglichkeit
des Rotors gegenüber dem
gestellfest angeordneten Stator eines Direktantriebes, wofür wegen
des geringen Luftspaltes zwischen Rotor und Stator eine besonders
aufwendige Lagerung des Rotors notwendig ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, bei einer Direktantriebsanordnung unter Beibehaltung der
Direktverbindung zwischen dem Drehkörper und dem Rotor des Elektromotors
die Verstellbewegungen für
den Drehkörper
quer und/oder längs zu
seiner Drehachse ohne die Antriebssteifigkeit vermindernde Relativbewegungen
zwischen Rotor und Stator und mit einem geringen Aufwand zur Synchronisierung
der Stellbewegungen von Rotor und Stator zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird die
im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Anordnung vorgeschlagen. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung
eines Elektromotors zum Direktantrieb eines Drehkörpers wird
der Stator von einem Linearantrieb (Axialregisterantrieb) axial
positioniert, wobei die axialen Verstellbewegungen vom Stator über motorintegrierte,
Rotor und Stator verbindende Wälzlager
auf den Rotor und den Drehkörper übertragen
werden. Der Linearantrieb ist entweder am Stator oder an der Gestellwandung
angeordnet, wobei eine zusätzliche Drehmomentenstütze die
Antriebs- oder Bremsmomente aufnimmt oder der Linearantrieb selbst
wirkt gleichzeitig als Drehmomentenstütze. Die erfindungsgemäße Anordnung
ermöglicht
eine sehr kompakte Bauweise und eine weitgehend spielfreie Positionierung
des Drehkörpers.
Der für
ein stabiles Betriebsverhalten des Direktantriebes erforderliche
konstante Luftspalt zwischen Rotor und Stator bleibt durch die Zwangskopplung über Wälzlager
in vorteilhafter Weise erhalten und wird nicht für die Kompensation eng begrenzter
axialer und radialer Verstellbewegungen des Rotors gegenüber dem
gestellfesten Stator verändert.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispieles
und anhand der Zeichnungen. Diese zeigen mit jeweils schematischer
Darstellung in
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1 einen
axialen Längsschnitt
des Direktantriebes mit dem Axialregisterantrieb am Stator des Direktantriebes
und den Exzenterlagern eines Plattenzylinders ,
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2 eine
Detailansicht A der Axialregisterverstelleinrichtung aus 1
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3 einen
axialen Längsschnitt
der Anordnung aus 1 mit
dem an der Gestellwandung angeordneten Axialregisterantrieb.
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In einer an sich bekannten Bogenoffsetdruckmaschine
sind mehrere Druckwerke hintereinander angeordnet. In Richtung des
Farbflusses sind in jedem Druckwerk Farbwerkswalzen, ein Plattenzylinder,
auf den eine Druckplatte gespannt ist, darunter ein Gummituchzylinder,
auf den ein das Druckbild übertragendes
Gummituch gespannt ist und darunter ein Druckzylinder, der den zu
bedruckenden Bogen führt,
angeordnet. Alle diese Drehkörper
werden über einen
zentral oder dezentral angetriebenen Antriebsräderzug synchronisiert. Einzelantriebe
werden bevorzugt an denjenigen Drehkörpern eingesetzt, die häufig zusätzliche
bzw. spezielle Bewegungsabläufe, die
nicht von der gesamten Druckmaschine ausgeführt werden, realisieren müssen. Zur
Ausführung bestimmter
Positionierungsbewegungen, z.B. für den Druckplattenwechsel,
werden z. B. Plattenzylinder mittels separater Einzelantriebe in
die gewünschte Plat tenwechselposition
gedreht. Dazu müssen
die Plattenzylinder über
Kupplungen oder permanent aus dem Zahnräderzug ausgegliedert werden.
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Das Ausführungsbeispiel (1) geht von einem permanent
aus dem Antriebsräderzug
ausgegliederten Plattenzylinder 1 mit Einzelantrieb aus, wobei
der Einzelantrieb als Direktantrieb ausgebildet ist, d.h. der Rotor 15 des
Elektromotors ist unmittelbar und ortsfest auf der Antriebswelle 2 des
Plattenzylinders 1 angeordnet.
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Auf der der Antriebsseite gegenüberliegenden
Seite ist die Plattenzylinderwelle 3 über das Lager 17 in
der Gestellwandung 4 hinaus verlängert und trägt ein loses,
auf der Welle 3 wälzgelagertes
Zahnrad 5, das innerhalb des Zahnräderzuges den Antriebsdrehmoment
vom Gummituchzylinder zum Farbwerk auf die angetriebenen Farbwerkswalzen überträgt, ohne
die davon unabhängige
Drehbewegung des Plattenzylinders 1 zu beeinflussen.
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Der in der Druckwerkswandung 4 gelagerte Plattenzylinder 1 ist
mit den bekannten 3 Freiheitsgraden zur Lagekorrektur des
Druckbildes versehen: Drehwinkelposition, radiale und axiale Lage.
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Die Lage des Druckbildes in Laufrichtung des
Bogens („Umfangsregister") wird über die
Drehwinkelposition des Plattenzylinders 1 beeinflusst,
die mit einem Direktantrieb 13,15 aufgrund des
(nicht dargestellten) motorintegrierten hochauflösenden Drehwinkelgebers und
der Steifigkeit der Direktantriebe von der (nicht dargestellten)
Antriebsregelung mit der erforderlichen hohen Genauigkeit verändert werden
kann.
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Um die Lage des Druckbildes um eine
Achse senkrecht zur Zylinderachse drehen zu können (Verstellen des Diagonalregisters),
wird der Plattenzylinder 1 jeweils an seinen Enden radial
ausgelenkt.
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Die Antriebswelle 2 des
Plattenzylinders 1 ist dazu in der Wandung 4 in
einem Kugellager 17 drehbar gelagert. Das Kugellager 17 ist
unmittelbar von einer Exzenterbuchse 6 umfasst, welche
in der Druckwerkswandung 4 gelagert ist. Wird die Exzenterbuchse 6 rotiert,
bewegt sich die Drehachse der Antriebswelle 2 in einer
exzentrischen Umlaufbahn. Mit Exzenterbuchsen-Lagern auf beiden Seiten des Plattenzylinders 1 lässt sich
somit die Diagonalregister-Verstellung bewirken.
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Um die Lage des Druckbildes quer
zur Laufrichtung des Bedruckstoffes beeinflussen zu können (Verstellung
des Seitenregisters), ist der Plattenzylinder 1 in Längsrichtung
verschiebbar in bekannter Weise mittels Lager 17 in den
Gestellwandungen 4 gelagert.
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Im Gegensatz zu bekannten Axialregisterverstellungen
in Verbindung mit Direktantrieben wird gemäß der Erfindung nicht der Rotor 15 axial
verschoben und der Stator 13 nachgeführt, son dern die Verstellbewegung
wird am Stator 13 initiiert. Erfindungsgemäß ist dazu
in einer ersten Variante ein Axialregisterantrieb 7 mit
einer Halterung 19 direkt am Stator 13 fest angeordnet.
Der Axialregisterantrieb 7 kann beispielsweise ein Servomotor 8 mit
Stirnraduntersetzungsgetriebe 9 sein, welches eine Zugspindel 10 antreibt,
die in die Exzenterbuchse 6 auf der Antriebsseite eingreift
(2). Die Zugspindel 10 ist
in einem den Stator 13 umfassenden Außenring oder in einem am Stator 13 befestigten
Hebel in Lagern 20 geführt.
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Zur Übertragung der Axialbewegung
des Stators 13 auf den Plattenzylinder 1 sind
Stator 13 und Rotor 15 des Plattenzylinderdirektantriebes
mittels Wälzlager
hoher Güte 14,
insbesondere Axiallager, konzentrisch miteinander verbunden (1). Die verdrehfeste Anordnung
des Stators 13 zur Aufnahme des Antriebs- und Bremsmomentes
wird durch mindestens eine am Umfang des Stators 13 angeordnete
Drehmomentenstütze 16 erreicht,
die durch einen Bolzen gebildet ist, der achsparallel fest in der
Exzenterbuchse 6 gelagert ist und spielfrei in eine Bohrung
in den Außenring
des Statorgehäuses eingreift.
Der Bolzen kann dabei gleit- oder wälzgelagert in der Bohrung geführt sein
(18).
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Bei einer erforderlichen Seitenregisterverstellung
wird der Axialregistermotor 8 von der (nicht dargestellten)
Maschinensteuerung aktiviert. Dieser Servomotor 8 versetzt über das
optionale Untersetzungsgetriebe 9 die Zugspindel 10 in
Rotation, die an ihrem anderen Ende in eine Gewindebohrung 12 in der
Exzenterbuchse 6 auf der Antriebsseite eingreift und so
den Stator 13 von der Exzenterbuchse 6 weg- oder
zu ihr hinbewegt (2). Über die
motorintegrierten Axiallager 14, die den Stator 13 axial
und radial gegenüber
dem Rotor 15 fixieren, wird die Verstellbewegung des Stators 13 auf
den Rotor 15 und damit direkt auf die Antriebswelle 2 des
Plattenzylinders 1 übertragen.
Der durch den Axialregistermotor 8 erzeugte Kippmoment
in der Antriebswelle 2 des Plattenzylinders 1 wird
optimal abgebaut, wenn der Plattenzylinder 1 während der
axialen Stellbewegung rotiert und so die Axialbewegung der Zylinderwelle 2,3 in
den Lagern 17 mit minimaler Reibung erfolgt.
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Um die Spielfreiheit der erfindungsgemäßen Anordnung
zur Axialregisterkorrektur auf Dauer zu gewährleisten, kann die in der
Gewindebohrung 12 eingreifende Zugspindel 10 durch
eine zusätzliche Kontermutter 11 spielfrei
gekontert sein.
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Da der Direktantrieb bei der erfindungsgemäßen Axialregisterverstellung
nicht wie bekannte Antriebsvarianten über eine gestellfeste Verbindung des
Stators 13 mit der Wandung 4 verfügt, muss
er trotz seiner axialen Beweglichkeit in seiner Drehwinkelposition
gegenüber
der Exzenterbuchse 6 so steif fixiert werden, dass keinerlei
Umfangsregisterabweichungen auftreten. Dazu dient die bereits genannte mindestens
eine Drehmomentenstütze 16,
die das Ver drehen des Stators 13 gegenüber der Exzenterbuchse 6 verhindert,
indem der Stator 13 auf einem achsparallelen, in der Exzenterbuchse 6 befestigten Bolzen
geführt
wird.
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Aber auch die Zugspindel 10 selbst
kann bei entsprechender spielfreier Lagerung 20 und Dimensionierung
als Drehmomentenstütze
ausgebildet sein. Diese Variante ist insbesondere dann realisierbar,
wenn der Axialregisterantrieb 7 nicht am Stator 13 angeordnet
ist, sondern an der Wandung 4 außerhalb der Exzenterbuchse 6 (3). Die Zugspindel 10 ist
hierbei gestellfest in spielfreien Lagern 20 in der Wandung 4 geführt, wobei
durch deren Dimensionierung und Abstand der zusätzlichen Funktion der Zugspindel 10 als
Drehmomentenstütze
Rechnung getragen werden muss. Der Axialregistermotor 8 ist mit
Hilfe einer Halterung 19 gestellfest an der Wandung 4 außerhalb
der Exzenterbuchse 6 gelagert und treibt die Zugspindel 10 über das
Untersetzungsgetriebe 9 an. Im einfachsten (dargestellten)
Fall besteht das Untersetzungsgetriebe 9 aus jeweils einem Stirnrad
auf der Motorwelle und auf der Zuspindel 10, die miteinander
kämmen.
An ihrem losen Ende greift die Zugspindel 10 in ein Gleitstück 21 mit
entsprechendem Innengewinde ein, das in einer Langlochführung 22 im
Außenring
des Stators 13 oder in einem am Stator 13 fest
angebrachten Hebel spielfrei geführt
ist.
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Bei einer Axialregisterverstellung
wird nun in zum ersten Ausführungsbeispiel
analoger Weise der Axialregistermotor 8 aktiviert, der
die Zugspindel 10 über
das Untersetzungsgetriebe 9 in der vorgesehenen Richtung
in Rotation versetzt. Am Gleitstück 21 wird
die Spindelrotation in eine achsparallele Linearbewegung umgesetzt,
wobei das Gleitstück 21 die
lineare Verstellbewegung auf den Stator 13 und über die
motorintegrierten Lager 14 auf den Rotor-Plattenzylinder-Verbund 13,15 überträgt.
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Die Langlochführung 22 dient dem
Ausgleich der radialen Verstellung der Antriebswelle 2 des
Plattenzylinders 1 (Diagonalregister). Da der Axialregisterantrieb 7 an
der Gestellwandung 4 fest angeordnet ist und im Gegensatz
zum ersten Ausführungsbeispiel
nicht Stator 13 und Axialregisterantrieb 7 gemeinsam
mit der Exzenterbuchse 6 verstellt werden, sondern nur
der Stator 13, tritt eine radiale Relativbewegung zwischen
Stator 13 und Axialregisterantrieb 7 beim Rotieren
der Exzenterbuchse 6 auf. Die dadurch bedingte Abstandsänderung
zwischen Stator 13 und Zugspindel 10 wird mit
der Langlochführung 22 des
Gleitstückes 21 ausgeglichen.
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Die durch die Exzenterdrehung verursachte Drehbewegung
des Stators 13 muss mit Hilfe bekannter Mittel durch die
Maschinensteuerung erfasst und durch den Direktantrieb 13,15 kompensiert
werden, um eine Abweichung der Drehwinkelposition des Rotors 15 von
seiner Solllage und dadurch bedingte Verschiebung des Druckbildes
auf dem Bedruckstoff zu verhindern.
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In den Fällen, in denen eine radiale
Verstellmöglichkeit
des angetriebenen Drehkörpers 1 nicht erforderlich
ist, entfällt
die Exzenterbuchse 6 und die Zugspindel 10 greift
bei Anordnung des Axialregisterantriebes 7 am Stator 13 des
Direktantriebes in eine Gewindebohrung 12 in der Wandung 4 ein.
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Bei Anordnung des Axialregisterantriebes 7 an
der Wandung 4 vereinfacht sich die Führung der Zugspindel 10 am
Stator 13 wegen des Fehlens der radialen Relativbewegung
zwischen Direktantrieb und Wandung 4 zu einer Gewindebohrung.
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- 1
- Drehkörper, Plattenzylinder
- 2
- Antriebswelle
des Plattenzylinders
- 3
- Plattenzylinderwelle
- 4
- Gestellwandung
- 5
- Zahnrad
für Farbwerksantrieb
- 6
- Exzenterbuchse
- 7
- Axialregisterantrieb
- 8
- Axialregistermotor,
Servomotor
- 9
- Zwischengetriebe,
Untersetzungsgetriebe
- 10
- Zugspindel
- 11
- Kontermutter
- 12
- Gewindebohrung
- 13
- Stator
- 14
- Wälzlager,
Axiallager
- 15
- Rotor
- 16
- Drehmomentenstütze
- 17
- Lager
für Antriebswelle
- 18
- Lager
für Drehmomentenstütze
- 19
- Halterung
für Axialregistermotor
- 20
- Lager
für Zugspindel
- 21
- Gleitstück
- 22
- Langlochführung