Spanwelle, System aus Spannwelle und Hülse und Rotationsdruckmaschine sowie Verfahren zur dynamischen Stabilisierung einer Spanwelle

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Spannwelle zum Aufspannen einer zunächst bewegbaren Hülse mit einem fluidgetriebenen Aufspannmittel zur bei Bedarf spannenden Befestigung der Hülse und einem Anschlagmittel sowie ein Verfahren zur dynamischen Stabilisierung einer Spannwelle, bei dem eine zunächst bewegbare Hülse bei Bedarf durch ein fluidgetriebenes Aufspannmittel spannend befestigt wird. Die Erfindung betrifft auch ein System aus einer Spannwelle und einer Hülse sowie eine Rotationsdruckmaschine.

[0002] Spannwellen sind für eine Reihe von industriellen Anwendungen erforderlich. Bei Spannwellen handelt es sich in der Regel um drehende Teile. bei diesen wird üblicherweise ein zunächst bewegliches Umfangteil, z.B. eine Hülse, über expandierbare Element auf die Spannwelle aufgespannt und dadurch spannend an der Spannwelle befestigt, so daß die Spannwelle mit Umfangteil für eine drehende Anwendung zur Verfügung stehen. Die Befestigung ist dabei in der Regel über einen Kraftschluß, insbesondere einen Reibschluß, zwischen dem expandierbaren Aufspannmittel der Spannwelle und dem Umfangteil hergestellt.

[0003] Als Aufspannmittel sind feste mechanisch aktuierte Aufspannmittel wie aus der EP 0 383 082 A2 bekannt. Insbesondere eignen sich jedoch pneumatisch oder hydraulisch expandierbare Aufspannmittel zum Aufspannen eines Umfangteils auf einer Spannwelle. Sie finden Anwendung bei Wickelprozessen und vergleichbaren Prozessen, bei denen eine Rundlaufgenauigkeit von einem bis einigen zehntel Millimetern ausreichend ist. Solche Spannwellen sind beispielsweise beschrieben in der US 3,904,144 oder EP 0 692 576 A1. Bei der zuletzt genannten Spannwelle ist ein sich longitudinal erstreckender Schaft mit einer umfänglichen Oberfläche vorgesehen, auf er über einen Fluiddruck expandierbare Kissen zum Aufspannen einer Hülse vorgesehen sind. Diese Kissen wirken direkt auf die Hülse und sind je nach auftretendem Kräfteverhältnis, insbesondere bei einer rotatorischen Anwendung der Spannwelle, komprimierbar, so daß eine symmetrische oder zentrische Lage von Hülse als auch der Kissen zu der Spannwelle indifferent und in der Regel nicht gegeben ist und bei rotatorischer Anwendung zu einer Unwucht bei solch einer Spannwelle und einem System aus Spannwelle und Hülse führen kann.

[0004] Die US-A-4 461 430 offenbart Anschlagmittel, die jeweils an die Welle geformt sind, so daß eine sich über den Kern der Spannwelle hinaus erstreckende Höhe der Aufspannmittel unveränderlich festliegt. Die US-A-5 971 314 offenbart, eine Produkthülse so einzuspannen, daß eine Drehmomentübertragung zum Kern der Prödukthülse sichergestellt ist.

[0005] Eine solche Spannwelle eignet sich womöglich für die Erzielung einer gewissen Rundlaufgenauigkeit, jedoch nicht für die Erzielung einer Rundlaufgenauigkeit im Bereich von einem hundertstel Millimeter oder einigen hundertstel Millimetern. Ebenso verschlechtert sich die Rundlaufgenauigkeit bei Zunahme der radialen Kräfte zu der zu übertragenden Drehmomente, die auf die Spannwelle wirken. Aufgrund von zwangsläufig auftretenden Fertigungstoleranzen der Spannwelle und der Hülse in Bezug auf Rundheit und Geradheit haben alle bekannten Systeme auch zuviel Spiel zwischen Spannwelle und Hülse. Dies führt dazu, daß der Reibschluß zwischen Spannwelle und Hülse ausschließlich über die expandierbaren Kissen oder Elemente erfolgt. Lösungen zur Erreichung einer Rundlaufgenauigkeit im Bereich eines Hundertstel oder einigen Hundertstel Millimetern sind bisher nicht bekannt.

[0006] An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Spannwelle, ein System aus Spannwelle und Hülse sowie eine Rotationsdruckmaschine und ein Verfahren zur dynamischen Stabilisierung einer Spannwelle anzugeben, bei welchem eine besonders hohe Rundlaufgenauigkeit gewährleistet ist.

[0007] Zur Lösung der die Spannwelle betreffenden Aufgabe definiert Anspruch 1 eine Spannwelle, bei der von dem Aufspannmittel ausgeübte Kräfte und/oder von der Hülse ausgeübte Kräfte begrenzt, sind.

[0008] Zur Lösung der Aufgabe betreffend das System und die Rotationsdruckmaschine führt die Erfindung auf eine Lösung gemäß der Merkmale der Ansprüche 11 bzw. 13.

[0009] Des weiteren führt die Erfindung auf ein Verfahren, wie in Anspruch 14 definiert.

[0010] Die vorliegende Erfindung hat erkannt, daß zunächst bewegbare und dann spannend an einer Spannwelle befestigte Teile als auch die dazu vorgesehenen Spannmittel selbst zunächst bewegbar sind und für eine drehende Bewegung kraft- insbesondere reibschlüssig aneinander und der Spannwelle befestigt sind. Dies schließt jedoch nicht aus, daß bei einer drehenden Anwendung Kräfte auftreten, welche die auf einem Kräftegleichgewicht basierende spannende Befestigung ins Ungleichgewicht bringen können und so zu einer erheblichen Unwucht und Ungleichlaufförmigkeit führen. Die wesentliche Erkenntnis liegt darin, die dabei auftretenden Kräfte zu begrenzen und dabei von der Möglichkeit einer Anlage, insbesondere formschlüssigen Anlage, solcher beweglichen Teile Gebrauch zu machen. Dazu ist bei der Spannwelle, dem System und der Rotationsdruckform ein Anschlagmittel vorgesehen. Bei dem Verfahren nimmt das Anschlagmittel ausgeübte Kräfte auf und begrenzt so diese Kräfte.

[0011] Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß die Übertragung hoher Kräfte in radialer, umfänglicher und axialer Richtung einer Spannwelle zugelassen werden, aber über das Anschlagmittel aufgenommen werden, so daß dies zu einer sehr hohen Rundlaufgenauigkeit, insbesondere zu einer Rundlaufgenauigkeit im Bereich von einem hundertstel oder einigen hundertstel Millimetern, führt.

[0012] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0013] Weiter ist vorteilhaft der Einsatz sowohl von konischen als auch zylindrischen Hülsen als ein Umfangsteil möglich.

[0014] Insbesondere erlaubt ein oder die vorgesehenen Anschlagmittel eine Vielzahl von unterschiedlichen Einstellmöglichkeiten der Welle im Hinblick auf ihr dynamisches Verhalten und vorteilhafte Einstellungen im Hinblick auf ihre Handhabung.

[0015] So können beispielsweise durch verschieden dicke Lamellen als Aufspannmittel bei einem Einsatz des gleichen Spannwellenkern dazu genutzt werden, auch unterschiedliche Innendurchmesser von Spannhülsen zu nutzen. So könnte beispielsweise eine dickere Lamelle verwendet werden, wenn eine dünnere Spannhülse als Umfangteil genutzt wird. Des weiteren könnte eine dünnere Lamelle genutzt werden, wenn eine Spannhülse mit einem größeren Innendurchmesser aufzuspannen ist. Üblicherweise müßte für Spannhülsen mit jeweils unterschiedlichem Innendurchmesser auch jeweils die gesamte Spannwelle ausgetauscht werden.

[0016] Eine Spannwelle der vorgeschlagenen Art erlaubt eine hohe Umlaufgenauigkeit allein schon dadurch, daß sie im expandierten Zustand bei ihrer Herstellung oder auch nachträglich im Einsatz geschliffen werden kann. Sie weist außerdem gute Verschleißeigenschaften auf, insbesondere im Falle von fluidgetriebenen Aufspannmitteln, da es praktisch keine mechanisch geführten und bewegten Teile gibt.

[0017] Die Erfindung sieht weiterhin eine teil- oder vollumfängliche Dehnschicht auf der Spannwelle vor. Eine solche Schicht muß nicht voll umfänglich sein und könnte sich nur auf die Oberfläche einer Lamelle beschränken. Unter Dehnschicht ist eine elastische Schicht zu verstehen. Die Elastizität kann durch das Material der Dehnschicht gegeben sein und/oder durch Vertiefungen oder Kanäle in oder auf der Schicht. Die Dehnschicht könnte mit einem Funktionsprofil versehen werden, das beispielsweise die Zuführung von Kühlmittel oder einem Heizmedium erlaubt. Vorteilhaft ließe sich ein solches Funktionsprofil bei einer voll umfänglichen Schicht anbringen.

[0018] Eine die Spannwelle mitsamt dem das Anschlagmittel umfänglich umgebende Schicht, vorteilhaft eine elastische Dehnschicht, bietet erhebliche zusätzliche Vorteile. So wirkt eine gegebenenfalls auftretende Kraft nicht direkt auf das Anschlagmittel, sondern wird zunächst von der Dehnschicht aufgenommen. Dies wird im Detail anhand der Figuren beschrieben werden. Eine Dehnschicht erlaubt je nach Auslegung ihrer Elastitzitätseigenschaften eine progressiv ansteigende Kraft, die einer externen Kraft entgegenwirkt. Dies führt zu besonders guten schwingungsdämpfenden Eigenschaften bei einem drehenden Teil wie die Spannwelle eines ist, insbesondere bei einem System aus Spannwelle und Umfangteil, insbesondere einer Hülse. Vorteilhaft ist eine solche Schicht auf der Spannwelle angebracht. Sie könnte jedoch auch am Innenumfang einer Hülse befindlich sein. Für den Verlauf der genannten progressiven Kraft lassen sich unterschiedliche progressive Kennlinien von Kraftverläufen einstellen, die im Belastungsfall einer externen Kraft entgegenwirken. Je nach Anwendung und Bedarf lassen sich für die Dehnschicht Materialien mit verschiedenen E- oder K-Modulen verwenden. Dehnschicht, Materialien der Dehnschicht und gegebenenfalls ein Funktionsprofil der Dehnschicht sind vorteilhaft so ausgelegt, daß bei einer auftretenden Kraft oder Kompression ein Übergang vom E-Modulbereich in den K-Modulbereich bei der Dehnschicht möglichst frühzeitig, also bei bereits kleinen üblicherweise bei rotatorischen Anwendungen auftretenden Kräften, erfolgt. Dies bewirkt nämlich ein Ansteigen der Gegenkraft in der Dehnschicht um mehrere Größenordnungen. Vorteilhaft dabei ist, daß auftretende externe Kräfte, also insbesondere von dem Aufspannmittel und/oder von der Hülse ausgeübte Kräfte, effektiv und frühzeitig begrenzt werden, so daß eine besonders hohe Rundlaufgenauigkeit erreicht wird.

[0019] Bei der Erfindung ist vorgesehen, das Anschlagmittel, insbesondere einen Zuganker, verstellbar auszugestalten. So ist es möglich, die partiell in eine Dehnschicht einleitbare Kraft einzustellen. Ein bei Bedarf aufzuziehendes Umfangteil, zum Beispiel eine Hülse, unterliegt nämlich in der Regel je nach spezifischer Anwendung unterschiedlichen Biegungen. Die Kompensation solcher Biegungen kann vorteilhaft über die Dehnschicht erfolgen. Einstellungsmöglichkeiten für eine solche Kompensation bietet zum einen die Dehnschicht selbst und zum anderen auch das Anschlagmittel. Insbesondere ließen sich über die sich über den Kern einer Spannwelle hinaus erstreckende Höhe eines Anschlagmittels die in eine Dehnschicht einleitbaren Kräfte einstellen. Dazu ist vor allem ein höheneinstellbarer Zuganker, welcher einen Anschlag für eine umfänglich anzubringende Lamelle oder Segment, insbesondere eines Kreises, dient. Unter Segment wird ein Kreissegment verstanden. Die Anzahl der Segmente bildet zusammengesetzt einen voll umfänglichen Kreis, dessen Linie gegebenenfalls aber durch kleinere Spalte unterbrochen sein kann. Segmente sind zu bevorzugen. Es könnten jedoch auch Lamellen vorgesehen sein. Diese würden nicht notwendigerweise bis auf kleinere Spalte einen Kreis bilden. Lamellen würden nur bereichsweise entlang einer Kreislinie angeordnet sein.

[0020] Ein Anschlagmittel kann, insbesondere bei einer Auslegung als Zuganker, um vorteilhaft der Übertragung von radialen, umfänglichen und axial wirkenden Kräften vorteilhaft zu dienen, unterschiedlich und vielfältig ausgelegt sein. So kann beispielsweise das Kopfprofil eines Zugankers kreisförmig, rechteckig oder sternförmig ausgelegt sein, um eine Lamelle oder ein Segment zu halten und um ein für eine spezifische Anwendung besonders geeignetes Anschlagmittel zu bilden.

[0021] Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird ein insgesamt besonders vorteilhaftes dynamisches Verhalten dadurch unterstützt, daß eine Bewegung, auch bei einer drehenden Spannwelle der genannten Art, praktisch nur in der elastischen Beschichtung des Aufspannmittels stattfindet. Möglicherweise zur Ausbildung eines Aufspannmittels verwendete auf Fluidbasis arbeitende Druckelemente sowie dadurch aktuierte Lamellen oder Segmente sind in ihrer Bewegung durch das Anschlagmittel fixiert. Das Aufspannmittel selbst ist in seiner Lage zur Spannwellenachse durch das Anschlagmittel absolut fixiert. Auch innerhalb des Aufspannmittels wird eine mögliche Relativbewegung von Lamellen gegenüber den Druckelementen oder gegenüber dem Anschlagmittel, insbesondere einem oder einer Anzahl von Zugankern, während eines rotatorischen oder sonstigen Betriebs der Spannwelle praktisch ausgeschlossen. Eine solche Bewegung findet im wesentlichen nur beim Auf- und Abspannen des Umfangteils, z. B. einer Hülse, statt.

[0022] Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik beschrieben. Dabei ist zu berücksichtigen, daß vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend Form und Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand.

[0023] Ausführungsbeispiele und Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendig maßstäblich darstellen; vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Im einzelnen zeigen die Figuren der Zeichnung in:

Fig. 1:

eine Spannwelle gemäß dem Stand der Technik mit einer darauf befindlichen Hülse ohne die Beanspruchung durch eine externe Kraft;

Fig. 2:

eine Spannwelle gemäß dem Stand der Technik mit darauf befindlicher Hülse unter Beanspruchung einer, beispielsweise durch einen Presseur hervorgerufenen, externen Kraft;

Fig. 3:

einen Querschnitt einer Spannwelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einer darauf befindlichen Hülse ohne und unter Beanspruchung einer externen Kraft;

Fig. 4:

einen Längsschnitt einer Spannwelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ohne eine Hülse;

Fig. 5:

ein Detail X eines Längsschnitts der Spannwelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Figur 4.

[0024] Zur detaillierten Erläuterung der Wirkungsweise und der Vorteile der Erfindung wird diese anhand einer bevorzugten Ausführungsform im Vergleich zum Stand der Technik für unterschiedliche Situationen dargestellt. Dazu wird eine Spannwelle mit einer darauf befindlichen Hülse und ihr Verhalten ohne und unter Beanspruchung einer externen, beispielsweise durch einen Presseur hervorgerufenen, Kraft beschrieben. Bei der Betrachtung wird der Einfachheit halber nur eine Belastungsebene betrachtet, was aber das wesentliche Wirkungsprinzip der Erfindung klar macht. Das Prinzip läßt und sich auf eine Vielzahl von Belastungsebenen übertragen.

[0025] Zunächst wird der Fall einer Spannwelle mit aufgespannter Hülse gemäß dem Stand der Technik ohne die Einwirkung von externen Kräften beschrieben.

[0026] Dazu ist in Figur 1 eine entsprechende Spannwelle 1 gemäß dem Stand der Technik mit einer darauf befindlichen Hülse 2 sowie auftretende Kräfte F1 und F2 dargestellt. Über pneumatisch expandierbare Kammern 3a, 3b und 4a, 4b wird der Reibschluß zwischen Spannwelle 1 und Hülse 2 hergestellt. Die Kräfte F1 und F2, die dabei von den expandierbaren Kammern 3a und 3b übertragen werden, sind bei beiden Kammern gleich groß und entgegengesetzt.

[0027] Entsprechendes gilt in der vertikalen Ebene der Klammern 4a und 4b. Das Kräftepaar F1 und F2 in der horizontalen Ebene wird wie folgt veranschaulicht:

[0028] Die Pneumatikkammern drücken also auf die Hülse und die Kräfte F1 und F2 in der betrachteten horizontalen Ebene sind dabei gleich groß. Die Lage der Hülse in bezug auf die Mittelachse M1 der Spannwelle 1 ist deswegen indifferent. Es stellt sich ein mittleres Spaltmaß X1 ein. Über die Pneumatikkammern 3a und 3b wirkt immer die gleiche Kraft, nahezu unabhängig davon, welche Ausdehnung die Pneumatikkammern 3a und 3b haben. Entsprechendes gilt für die Kammern 4a und 4b.

[0029] Bei Einwirkung von externen Kräften, wie dies in der Regel bei Systemen aus Spannwelle und Hülse der Fall ist, führt die indifferente Lage der Hülse in Bezug auf die Mittelachse M1 zu einer ungünstigen Situation.

[0030] In Figur 2 ist schematisch die Belastung des Systems mit einer extern wirkenden Kraft F5, die auf das System aus Spannwelle 5 und Hülse 6 wirkt, dargestellt. Diese Kraft kann beispielsweise von einem-Presseur P aufgeprägt werden. Da die Kräfte F3 und F4 der pneumatischen Kammern 7a und 7b gleich groß sind und entgegengesetzt wirken, bewirkt die externe Kraft F5 eine Bewegung der Hülse 6 in die Richtung der Kraft F5. Eine analoge Wirkung würde sich in der vertikalen Ebene der Kammern 8a und 8b einstellen. Bei diesem Beispiel werden die Kammern 8a und 8b verformt. Die genannte Bewegung kommt erst dann zum Stillstand, wenn die Hülse 6 die Spannwelle im Bereich der Kammer 7b berührt. Die Hülse 6 bewegt sich also bei einer rotativen Bewegung und unter Einwirkung einer externen Kraft F5 ständig in Richtung der Kraft F5 zur Spannwelle 5 hin, so daß die Hülse 6 so gut wie nie zentrisch zur Mittelachse M1 und zur Spannwelle 5 positioniert ist. Das Ausmaß der Bewegung ist dabei abhängig vom ohne Belastung bestehenden mittleren Spaltmaß X1, wie in Figur 1 dargestellt. In Figur 2 ist ersichtlich , daß unter Belastung der externen Kraft F5 das Spaltmaß X2 auf der Seite der Kraft F5 kleiner als X1 ist und das Spaltmaß X3 auf der entgegengesetzten Seite der Kraft F5 größer als X1 ist.

[0031] Die aufgespannte Hülse 6 wird also unter Einwirkung einer externen Kraft F5 mittels m a beschleunigt, wobei m die Masse der Hülse und a die Beschleunigung ist. Dies führt insbesondere zu einer Unwucht beim System aus Spannwelle und Hülse.

[0032] Bei einer noch so geringen externen Kraft F5 geht die Hülse 6 also in einen dynamischen Zustand.über. Die Beschleunigung der Hülse mittels m a endet erst, wenn Sie mit dem Kern der Spannwelle 5 in Berührung kommt. Die Kräfte F4 und F3 sind gleich groß und entgegengerichtet und vermögen nicht, die Hülse 6 auf der Spannwelle 5 gemäß dem Stand der Technik zu zentrieren.

[0033] In Figur 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei verfügt eine Spannwelle 9 über mehrere schalenförmige Segmente 10, 11, 12, 13 und 14. Diese Segmente können über fluidgetriebene, insbesondere pneumatische oder hydraulische Kammern 15, 16, 17, 18 und 19 radial vom Kern der Spannwelle 9 weg bewegt werden. Die radiale Bewegung der Segmente ist dabei über Zuganker 20, 21, 22, 23 und 24 begrenzt. Es könnten anstatt der Segmente auch Lamellen verwendet werden. Eine Lamelle hätte in Umfangsrichtung eine kleinere Erstreckung als ein Segment. Die Anzahl von Kammern, Lamellen oder Segmenten läßt sich nach Bedarf jeweils einzeln oder zusammen variieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind jeweils fünf Kammern und Segmente vorteilhaft.

[0034] Auf den Segmenten, oder gegebenenfalls Lamellen, der Spannwelle befindet sich eine Dehnschicht, also eine elastische Beschichtung 25. Im montierten Zustand der Spannwelle 9 mit Hülse 26 und expandierten Kammern 15, 16, 17, 18 und 19 wird die elastische Beschichtung 25 auf den Segmenten 10, 11, 12, 13 und 14 komprimiert. Die somit elastische Oberfläche 25 der Segmente 10, 11, 12, 13 und 14 sorgt zudem vorteilhaft dafür, daß Fertigungstoleranzen wie Rundheit und Geradheit insbesondere bei den Teilen Spannwelle 9 und Hülse 26 ausgeglichen werden können.

[0035] Vor allem aber ist aufgrund der Eingrenzung der radialen Bewegung der Segmente 10, 11, 12, 13 und 14 die Lage derselben in Bezug auf die Mittelachse M2 definiert. Dies führt zu einer definierten Lage der Hülse 26 in Bezug auf die Mittelachse M2 und in Bezug auf die Spannwelle 9. Ein Spaltmaß tritt vorteilhaft praktisch nicht auf

[0036] Bei der bevorzugten Ausführungsform der Spannwelle 9 stellt sich eine Situation ohne externe Kräfte anders dar als beim Stand der Technik und läßt sich wie folgt veranschaulichen.

[0037] Die Pneumatikkammern 15, 16, 17, 18 und 19 drücken auf die Segmente 10, 11, 12, 13 und 14, so daß diese in eine über die Zuganker 20, 21, 22, 23 und 24 eindeutig definierte Position verfahren. Der Reibschluß ist nicht direkt, sondern unter Einwirkung der Kammern über die Segmente und die elastische Beschichtung 25 zu der Hülse 26 hergestellt. Ein Teil der Kräfte F7 und F8, die unter Einwirkung und von den Pneumatikkammern zur Verfügung gestellt wird, geht also in die Komprimierung F9 und F12 der elastischen Beschichtung der Segmente, und ein weiterer Teil F10 und F 11 geht in die Zuganker. Die Zuganker bilden einen Anschlag der Höhe h für die Segmente. F9 und F12 sind also in der Beschichtung eingefroren.

[0038] Bei keinen oder kleinen externen Kräften ist die komprimierte elastische Beschichtung immer bestrebt, in jedem finiten Teil des Umfangs der Spannwelle 9 die gleiche Spannung zu haben. Die führt dazu, daß die Spannungen und Kräfte ausgeglichen sind. Somit ist auch die Ruhelage der Hülse 26 in Bezug auf die Mittellage M2 der Spannwelle 9 klar definiert und nicht indifferent, jedenfalls aber wesentlich exakter als beim Stand der Technik.

[0039] Bei der bevorzugten Ausführungsform stellt sich bei einer extern wirkenden Kraft F6, wie in Figur 3 angedeutet, eine besonders günstige Situation ein. Die dabei wirkenden Kräfte lassen sich wie folgt darstellen:

[0040] Im Falle, daß die extern wirkende Kraft F6 größer ist als die im Ruhezustand eingefrorene Kraft F9 und F12 in der elastischen Beschichtung, so führt dies auf der von der externen Kraft F6 abgewandten Seite der Hülse 26 zu dem folgenden Sachverhalt:

[0041] Die gesamte resultierende Kraft F13 der pneumatischen Kammern wird in die Zuganker der entsprechenden, hier linken, Seite, wie in dem obigen Diagramm eingeleitet. Die Gegenkraft F14 wird von den genannten Zugankern der entsprechenden Seite bereitgestellt. Auf die Hülse wirkt keine Kraft über die elastische Beschichtung in Richtung der externen Kraft F6, da sich die Kräfte F13 und F 14 aufheben.

[0042] Auf der der externen Kraft zugewandten, hier rechten, Seite wie in dem obigen Diagramm, erhöht sich die im unbelasteten Zustand bestehende Kraft F12 auf F17. Diese wird über die elastische Beschichtung, hervorgerufen durch die resultierende Kraft F15 der pneumatischen Kammern entgegen der externen Kraft F6, auf die Hülse übertragen. Die Zuganker nehmen auf dieser Seite entsprechend weniger Kraft F16 auf F16 ist also kleiner als die Kraft F14, welche die Zuganker auf der gegenüberliegenden Seite aufnehmen.

[0043] Auch im Belastungsfall wird der Unterschied zum Stand der Technik deutlich. Die zunächst bestehende Kraft F12 der elastischen Beschichtung, die in die gleiche Richtung der externen Kraft F6 auf die Hülse wirkt, wird mit Zunahme der externen Kraft F6 immer geringer, bis sie schließlich den Wert Null erreicht.

[0044] Die Pneumatikkammern, die in die gleiche Richtung der externen Kraft wirken, würden im Stand der Technik aber immer mit der gleichen Kraft drücken, die in ihrer Summe immer den Wert Null bildet. Im Stand der Technik wirken diese somit nicht einer Bewegung in Richtung der externen Kraft entgegen. Im Stand der Technik dienen die dort vorgesehenen pneumatischen Spannelemente nicht zur Zentrierung einer Hülse auf einer Welle, sondern sie sorgen lediglich für die Übertragung von Umfangskräften, radialen und axialen Kräften, die auf die Hülse wirken.

[0045] Bei der vorgeschlagenen Spannwelle 9 bzw. dem System aus Spannwelle 9 und Hülse 26 nimmt die Kraft, welche die Hülse 26 der externen Kraft entgegenbringt zu , und die Kraft, welche die Hülse 26 in Richtung der externen Kraft drückt, nimmt ab. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird also einer Bewegung der Hülse 26 in Richtung der externen Kraft entgegengewirkt.

[0046] In der bevorzugten Ausführungsform ist eine Bewegung der Hülse im Verhältnis zur Mittelachse der Spannwelle nur innerhalb einer drastisch reduzierten Bandbreite der Bewegung erlaubt.

[0047] Im Stand der Technik wirkt im Belastungsfall also nur jene Kraft der externen Kraft entgegen, welche aus der Masse der Hülse und ihrer Beschleunigung zur Spannwelle hin resultiert. In der Erfindung wirkt der externen Kraft auch eine progressiv ansteigende Kraft entgegen, die auf der Masse und der Beschleunigung der Hülse beruht.

[0048] Die bevorzugte Ausführungsform erlaubt zudem vorteilhaft eine Vielzahl von unterschiedlichen Einstellmöglichkeiten der Welle im Hinblick auf ihr dynamisches Verhalten. So kann zum Beispiel die eingefrorene Spannung, die im Ruhezustand in der elastischen Schicht gespeichert ist, eingestellt werden. Die Einstellung kann vorteilhaft über ein Kompressibilitäts- bzw. E-Modul oder Vertiefungen der elastischen Beschichtung 25 geschehen. Dabei ist ein Übergang vom E-Modulbereich in den K-Modulbereich bereits bei kleinen üblichen Kräften besonders vorteilhaft. Die Einstellung kann auch über die Komprimierung, d. h. das Abmaß des Innendurchmessers der Hülse zu dem Außenmaß des expandierten Kerns ohne Hülse erfolgen. Ebenso kann die Kraft, die im Ruhezustand zwischen den Zugankern und der elastischen Schicht aufgeteilt wird, also beispielsweise das Verhältnis von F12 zu F11, eingestellt werden.

[0049] Weitere Einstellmöglichkeiten ergeben sich über die Höhe h der Zuganker, die Ausbildung der Zuganker, der Segmente und der Kammern.

[0050] In der Figur 4 ist ein Axialschnitt durch eine Spannwelle 9 einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wie sie als Querschnitt in Figur 3 gezeigt ist. Jeder in Figur 3 gezeigte Zuganker 20, 21, 22, 23 oder 24 läßt sich longitudinal entlang der Spannwelle mehrfach anordnen, um so eine Reihe von in Figur 4 dargestellten Zugankern 30 zu bilden. Die Zuganker 30 sind höhenverstellbar in der Spannwelle 9 eingelassen. Am einfachsten ließen sie sich beispielsweise durch Schrägkopfschrauben verwirklichen. Weitere Details zum Zuganker 30 einer zusätzlichen elastischen Schicht oder Dehnschicht 25 sowie Lamellen oder Segmenten 10, 11, 12, 13 und 14 sind dem Detail X zu entnehmen, welches in Figur 5 näher dargestellt ist.

[0051] Der Figur 5 ist die Spannwelle 9 zu entnehmen, welche einen Kern 9a aufweist. Der Kern 9a ist gegen sein Ende 9b zum Einspannen in eine Rotationsdruckmaschine konisch verjüngt. Die drehbar in der Spannwelle 9 eingelassene Schrägkopfschraube 30 bildet einen Anschlag für eine der Lamellen 10, 11, 12, 13 und 14, welche in Figur 5 mit dem Bezugszeichen 31 versehen ist. Anstatt der Schrägkopfschraube könnte auch eine beliebige andere Schraube verwendet werden. Der Kopf der Schraube könnte auch anders ausgebildet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Schwalbenschwanzpassung am Kopf zur Lamelle bevorzugt. Es könnte jedoch auch jede andere Falz oder Passung verwendet werden. Insbesondere braucht der Kopf der Schraube nicht von der Lamelle abgedeckt werden wie in der vorliegenden Ausführungsform. Der Kopf könnte auch frei bleiben. Dies hätte den Vorteil, daß die Lamelle nicht auf den Ankerkopf aufgeschoben werden müßte, sondern der Anker einfach eingeschraubt werden könnte.

[0052] Schließlich mag auch jedes andere Befestigungsmittel anstatt oder zusätzlich zu einer Schraube als Anker dienen. Beispielsweise könnten auch Paßstifte vorteilhaft sein.

[0053] Eine umfänglich, in diesem Fall voll umfänglich, auf der Spannwelle 9 angebrachte Dehnschicht 32 ist bei dieser Ausführungsform aus einem Träger der Dehnschicht 32b und der Dehnschicht 32a selbst gebildet. Dies erlaubt vorteilhafte Einstellungsmöglichkeiten der Dehnschicht selbst, insbesondere hinsichtlich ihrer Stabilität sowie hinsichtlich des dynamischen Verhaltens der Spannwelle 9. Die Assemblierung von Dehnschicht 32, Lamelle oder-Segment 31 und Spannwelle 9 erfolgt vorteilhaft über ein Formstück 33, welches an einem Rand der Spannwelle 9 sitzt und die genannten Teile formschlüssig zusammenhält. Eine Befestigung des Formteils 33 an der Spannwelle 9 erfolgt über eine Schraube 34.

[0054] Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Ansprüche

1. Spannwelle (9) zum Aufspannen einer zunächst bewegbaren Hülse (26), mit

- einem fluidgetriebenen Aufspannmittel (15, 16, 17, 18, 19) zur bei Bedarf spannenden Befestigung der Hülse (26), und

- einem Anschlagmittel (20, 21, 22, 23, 24),

dadurch gekennzeichnet, daß
zur Begrenzung der von dem Aufspannmittel (15, 16, 17, 18, 19, 10, 11, 12, 13, 14) ausgeübten Kräfte (F1, F2, F3, F4, F7, F8, F13, F15) und/oder von der Hülse (26) ausgeübten Kräfte (F5, F6)

- das Anschlagmittel (20, 21, 22, 23, 24) fest mit dem Körper der Spannwelle (9) verbunden ist und einen verstellbaren Anschlag für das Aufspannmittel (10, 11, 12, 13, 14 aufweist, so daß die in eine am Umfang der Spannwelle (9) befindliche Dehnschicht (25) einleitbaren Kräfte (F9, F12, F17) einstellbar sind.

2. Spannwelle (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnschicht (25) am Außenumfang der Spannwelle (9) angebracht ist.

3. Spannwelle (9) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagmittel (20, 21, 22, 23, 24) in seiner sich über den Kern der Spannwelle hinaus erstreckenden Höhe (h) verstellbar ist.

4. Spannwelle (9) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspannmittel mindestens eine durch ein Pneumatik- und/oder Hydraulikelement (15, 16, 17, 18, 19) aktuierte Lamelle (10, 11, 12, 13, 14) aufweist.

5. Spannwelle (9) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamelle (10, 11, 12, 13, 14) als ein umfänglich zum Körper der Spannwelle (9) angeordnetes Segment ausgebildet ist.

6. Spannwelle (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Aufspannmittel (10, 11, 12, 13, 14) ganz- oder teilumfänglich um den Körper der Spannwelle (9) erstreckt und an wenigstens einer Umfangsstelle durch das Anschlagmittel (20, 21, 22, 23, 24) haltbar ist.

7. Spannwelle (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagmittel einen Zuganker (20, 21, 22, 23, 24) aufweist, welcher einen Anschlag für ein von einem Pneumatik- oder Hydraulikelement (15, 16, 17, 18, 19) aktuiertes Segment oder Lamelle (10, 11, 12, 13, 14) eines Aufspannmittels bildet.

8. Spannwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnschicht (25) ein elastisches Material aufweist, bei dem bei Betrieb der Spannwelle (9) in einer Rotationsdruckmaschine durch die in der Dehnschicht (25) eingeleiteten Kräfte (F9, F12, F17) ein Übergang vom Elastizitätsmodul-Bereich in den Kompressibilitätsmodul-Bereich des elastischen Materials erfolgt.

9. Spannwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als ein elastisches Material ausgebildete Dehnschicht ein Funktionsprofil aufweist.

10. Spannwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnschicht (32) eine Trägerschicht (32b) und eine Dehnschicht (32a) aufweist.

11. System aus einer Spannwelle (9) nach Anspruch 1 und einer außenumfänglich angeordneten Hülse (26), gekennzeichnet durch eine zwischen Spannwelle (9) und Hülse (26) befindliche Dehnschicht (25).

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnschicht (25) am Innenumfang der Hülse (26) angebracht ist.

13. Rotationsdruckmaschine mit einem System nach Anspruch 11oder 12.

14. Verfahren zur dynamischen Stabilisierung einer Spannwelle (9), bei dem eine zunächst bewegbare Hülse (26) bei Bedarf durch ein fluidgetriebenes Aufspannmittel (15, 16, 17, 18, 19, 10, 11, 12, 13, 14) spannend befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Aufspannmittel (15, 16, 17, 18, 19, 10, 11, 12, 13, 14) ausgeübten Kräfte (F1, F2, F3, F4, F7., F8, F13, F15) und/oder die von der Hülse (26) ausgeübten Kräfte (F5, F6) über ein verstellbares Anschlagmittel (20, 21, 22, 23, 24) und eine Dehnschicht (25) begrenzt werden, wobei das Anschlagmittel (20, 21, 22, 23, 24) fest mit dem Körper der Spannwelle (9) verbunden ist und ein Anschlag für das Aufspannmittel (10, 11, 12, 13, 14) eingestellt ist, um einen Teil der Kräfte (F9, F12, F17) in die am Umfang der Spannwelle (9) befindliche Dehnschicht (25) einzuleiten.

Claims

1. Expansible mandrel (9) for clamping a sleeve (26), which is movable to begin with, comprising

- a fluid-driven clamping means (15, 16, 17, 18, 19) for fastening the sleeve (26) in a clamping manner when required, and

- a stop means (20, 21, 22, 23, 24),

characterized in that, to limit the forces (F1, F2, F3, F4, F7, F8, F13, F15) exerted by the clamping means (15, 16, 17, 18, 19, 10, 11, 12, 13, 14) and/or the forces (F5, F6) exerted by the sleeve (26), the stop means (20, 21, 22, 23, 24) is firmly connected to the body of the expansible mandrel (9) and has an adjustable stop for the clamping means- (10, 11, 12, 13, 14), such that the forces (F9, F12, F17) which can be directed into an expansion layer (25) located at the circumference of the expansible mandrel (9) can be set.

2. Expansible mandrel (9) according to Claim 1, characterized in that the expansion layer (25) is attached to the outer circumference of the expansible mandrel (9).

3. Expansible mandrel (9) according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the stop means (20, 21, 22, 23, 24) is adjustable in its height (h) extending beyond the core of the expansible mandrel.

4. Expansible mandrel (9) according to Claim 3, characterized in that the clamping means has at least one lamella (10, 11, 12, 13, 14) actuated by a pneumatic and/or hydraulic element (15, 16, 17, 18, 19).

5. Expansible mandrel (9) according to Claim 4, characterized in that the lamella (10, 11, 12, 13, 14) is designed as a segment arranged circumferentially relative to the body of the expansible mandrel (9).

6. Expansible mandrel (9) according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the clamping means (10, 11, 12, 13, 14) extends entirely or partly around the circumference of the body of the expansible mandrel (9) and can be retained at least at one circumferential point by the stop means (20, 21, 22, 23, 24).

7. Expansible mandrel (9) according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the stop means has a tie rod (20, 21, 22, 23, 24) which forms a stop for a segment or lamella (10, 11, 12, 13, 14), actuated by a pneumatic or hydraulic element (15, 16, 17, 18, 19), of a clamping means.

8. Expansible mandrel according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the expansion layer (25) has an elastic material in which, during operation of the expansible mandrel (9) in a rotary printing press, a transition from the elastic modulus range into the compressibility modulus range of the elastic material is effected by the forces (F9, F12, F17) introduced into the expansion layer (25).

9. Expansible mandrel according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the expansion layer designed as an elastic material has a functional profile.

10. Expansible mandrel according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the expansion layer (32) has a backing layer (32b) and an expansion layer (32a).

11. System comprising an expansible mandrel (9) according to Claim 1 and a sleeve (26) arranged at the outer circumference, characterized by an expansion layer (25) located between expansible mandrel (9) and sleeve (26).

12. System according to Claim 11, characterized in that the expansion layer (25) is attached to the inner circumference of the sleeve (26).

13. Rotary printing press having a system according to Claim 11 or 12.

14. Method for the dynamic stabilization of an expansible mandrel (9), in which method a sleeve (26), which is movable to begin with, is fastened in a clamping manner by a fluid-driven clamping means (15, 16, 17, 18, 19, 10, 11, 12, 13, 14) when required, characterized in that the forces (F1, F2, F3, F4, F7, F8, F13, F15) exerted by the clamping means (15, 16, 17, 18, 19, 10, 11, 12, 13, 14) and/or the forces (F5, F6) exerted by the sleeve (26) are limited via an adjustable stop means (20, 21, 22, 23, 24) and an expansion layer (25), the stop means (20, 21, 22, 23, 24) being firmly connected to the body of the expansible mandrel (9), and a stop for the clamping means (10, 11, 12, 13, 14) being set in order to direct some of the forces (F9, F12, F17) into the expansion layer (25) located at the circumference of the expansible mandrel (9).

Revendications

1. Arbre de serrage (9) pour le serrage d'un manchon (26) pouvant être initialement mis en mouvement, comportant

- des moyens de serrage (15, 16, 17, 18, 19) actionnés par un fluide pour la fixation du manchon (26) à la demande par serrage, et

- des moyens d'arrêt (20, 21, 22, 23, 24),

caractérisé en ce que les moyens d'arrêt (20, 21, 22, 23, 24) sont solidement reliés au corps de l'arbre de serrage (9), et présentent une butée ajustable pour les moyens de serrage (10, 11, 12, 13, 14), de sorte que des forces (F9, F12, F17) pouvant être appliquées à une couche de dilatation (25) se trouvant sur le pourtour de l'arbre de serrage (9) peuvent être ajustées
en vue de la limitation des forces (F1, F2, F3, F4, F7, F8, F13, F15) exercées par les moyens de serrage (15, 16, 17, 18, 19, 10, 11, 12, 13, 14) et/ou des forces (F5, F6) exercées par le manchon (26).

2. Arbre de serrage (9) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de dilatation (25) est apposée sur le pourtour extérieur de l'arbre de serrage (9).

3. Arbre de serrage (9) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'arrêt (20, 21, 22, 23, 24) peuvent être ajustés en ce qui concerne leur hauteur (h) s'étendant de l'âme de l'arbre de serrage vers l'extérieur.

4. Arbre de serrage (9) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de serrage présentent au moins une lamelle (10, 11, 12, 13, 14) actionnée grâce à un élément pneumatique et/ou hydraulique (15, 16, 17, 18, 19).

5. Arbre de serrage (9) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la lamelle (10, 11, 12, 13, 14) est en forme d'un segment disposé circonférentiellement sur le corps de l'arbre de serrage (9).

6. Arbre de serrage (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de serrage (10, 11, 12, 13, 14) s'étendent de manière circonférentielle complètement ou partiellement autour du corps de l'arbre de serrage (9), et peuvent être maintenus sur au moins un point de la circonférence par les moyens d'arrêt (20, 21, 22, 23, 24).

7. Arbre de serrage (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'arrêt présentent un tirant (20, 21, 22, 23, 24) qui forme une butée pour un segment ou une lamelle (10, 11, 12, 13, 14) des moyens de serrage, actionné(e) par un élément pneumatique ou hydraulique (15, 16, 17, 18, 19).

8. Arbre de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couche de dilatation (25) est constituée d'un matériau élastique, avec lequel un passage de la plage du module d'élasticité à la plage du module de compressibilité du matériau élastique a lieu lors du fonctionnement de l'arbre de serrage (9) dans une machine à imprimer rotative grâce aux forces (F9, F12, F17) appliquées à la couche de dilatation (25).

9. Arbre de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la couche de dilatation formée en matériau élastique présente un profil de fonctionnement.

10. Arbre de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche de dilatation (32) est constituée d'une couche support (32b) et d'une couche de dilation (32a).

11. Système constitué d'un arbre de serrage (9) selon la revendication 1 et d'un manchon (26) disposé extérieurement de manière circonférentielle, caractérisé par une couche de dilatation (25) se trouvant entre l'arbre de serrage (9) et le manchon (26).

12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que la couche de dilatation (25) est apposée sur la circonférence intérieure du manchon (26).

13. Machine à imprimer rotative munie d'un système selon la revendication 11 ou 12.

14. Procédé pour la stabilisation dynamique d'un arbre de serrage (9), dans lequel un manchon (26) pouvant être initialement mis en mouvement est fixé à la demande par serrage grâce à des moyens de serrage hydrauliques (15, 16, 17, 18, 19, 10, 11, 12, 13, 14), caractérisé en ce que les forces (F1, F2, F3, F4, F7, F8, F13, F15) exercées par les moyens de serrage (15, 16, 17, 18, 19, 10, 11, 12, 13, 14) et/ou les forces (F5, F6) exercées par le manchon (26) sont limitées par l'intermédiaire des moyens d'arrêt (20, 21, 22, 23, 24) pouvant être ajustés et d'une couche de dilatation (25), les moyens d'arrêt (20, 21, 22, 23, 24) étant solidement reliés au corps de l'arbre de serrage (9), et une butée pour les moyens de serrage (10, 11, 12, 13, 14) étant ajustée pour appliquer une partie des forces (F9, F12, F17) à la couche de la dilatation (25) qui se trouve sur la circonférence de l'arbre de serrage (9).

Zeichnung