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Dokumentenidentifikation DE10032991A1 24.01.2002
Titel System zur Linerarbewegung von mehreren Gravursupporten
Anmelder Heidelberger Druckmaschinen AG, 69115 Heidelberg, DE
Erfinder Lübcke, Bernd, 24113 Molfsee, DE;
Fangmeyer, Dieter, 24259 Westensee, DE
DE-Anmeldedatum 06.07.2000
DE-Aktenzeichen 10032991
Offenlegungstag 24.01.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.01.2002
IPC-Hauptklasse B41C 1/02
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Linearbewegung von mehreren Gravursupporten (18) einer Graviermaschine zur Gravur von Druckzylindern (2) für den Tiefdruck. Die Gravursupporte (18) sind auf Linearführungsmitteln parallel zur Achse eines zu gravierenden Druckzylinders (2) geführt, und jeder Gravursupport hat einen eigenen Antrieb, der eine Linearbewegung unabhängig von den anderen Gravursupporten ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird die exakte axiale Istposition jedes Gravursupportes (18) mittels einer entsprechend genauen Längenmesseinrichtung (12) gemessen, die sich parallel zur Achse des Druckzylinders (2) erstreckt und über die gesamte Gravierlänge der Graviermaschine wirksam ist, und wird jeder Gravursupport (18) so bewegt, dass seine Sollposition der gemessenen Istposition entspricht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein System zur Linearbewegung von mehreren Gravursupporten einer Graviermaschine zur Gravur von Druckzylindern für den Tiefdruck, wobei die Gravursupporte auf Linearführungsmitteln parallel zur Achse eines zu gravierenden Druckzylinders geführt sind und wobei jeder Gravursupport einen eigenen Antrieb aufweist, der eine Linearbewegung unabhängig von den anderen Gravursupporten ermöglicht.

Ein Gravursupport in einer Graviermaschine ist ein auf Linearführungsmitteln verfahrbarer Tisch, der ein Gravierorgan trägt, das beispielsweise einen elektromagnetisch betätigbaren Gravierstichel als Schneidwerkzeug aufweist. Während der Gravur bewegt sich der Gravursupport schrittweise oder kontinuierlich in Achsrichtung den rotierenden Druckzylinder entlang und schneidet dabei Näpfchen in dessen Mantelfläche.

Zur gleichzeitigen Gravur von mehreren Abschnitten oder Graviersträngen auf dem Druckzylinder, zum Beispiel für den Mehrfarbendruck, verwendet man mehrere Gravursupporte nebeneinander, die jeweils einen Strang gravieren. Jeder Gravursupport kann über einen eigenen Antrieb verfügen, etwa ein Zahnrad mit Motor, um sich an einer Zahnstange oder Spindel fortzubewegen, die sich über die gesamte Gravierlänge der Graviermaschine erstreckt. Im Falle einer Spindel ist es zusätzlich möglich, alle Gravursupporte synchron in eine Richtung zu bewegen, wenn jedes Zahnrad an die Spindel geklemmt wird und die Spindel von einem weiteren Motor gedreht wird. Der oder die Motoren sind Schrittmotoren, die durch Taktzählung eine positionsgenaues Verfahren der Gravursupporte erlauben. Dies setzt jedoch hohe Genauigkeiten der Spindel und Zahnräder voraus.

Die DE-198 11 637 beschreibt ein Verfahren zur Gravur mit einem oder mehreren Gravierorganen, bei dem vor der Gravur eine Nullposition jedes Gravierorgans bezüglich des Druckzylinders festgestellt wird, indem ein in Achsrichtung des Druckzylinders ausgerichteter Zahnkamm optisch abgetastet wird. Aufgrund der relativ groben Zahnteilung erlaubt dieses Verfahren aber nur die Abtastung von einigen wenigen Nullpositionen, und auch diese nur mit der Genauigkeit von Gabellichtschranken, nämlich +/-10 µm. Außerdem besteht auch hier das Problem, dass Spindeln und Zahnräder insbesondere bei der Gravur mit mehreren Gravierorganen sehr genau gefertigt werden müssen.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für präzise mechanische Antriebsglieder bei einer Graviermaschine mit mehreren Gravursupporten zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen System erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die exakte axiale Istposition jedes Gravursupportes mittels einer entsprechend genauen Längenmesseinrichtung gemessen wird, die sich parallel zur Achse des Druckzylinders erstreckt und über die gesamte Gravierlänge der Graviermaschine wirksam ist, und dass jeder Gravursupport so bewegt wird, dass seine Sollposition der gemessenen Istposition entspricht.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es bei einer Graviermaschine mit mehreren Gravursupporten günstiger ist, nicht die konventionelle Positionierung durch Taktzählung, sondern antriebsunabhängige Positionsmessungen durchzuführen und deren Messergebnisse als Regelgrößen für eine Servoregelung zur Positionierung der Gravursupporte zu verwenden.

In einer ersten Ausführungsform sind die mehreren Gravursupporte auf einem gemeinsamen Gravurwagen angeordnet, der mittels einer drehbaren Gewindespindel parallel zur Achse des Druckzylinders verfahrbar ist. Jeder Antrieb, der eine Linearbewegung eines Gravursupportes unabhängig von den anderen Gravursupporten ermöglicht, wird durch einen elektromagnetischen Linearantrieb gebildet, wie er zum Beispiel - als Antrieb für den Abtastwagen eines Scanners - aus der US-5 955 798 bekannt ist. Der Primärteil des Linearantriebes ist an dem entsprechenden Gravursupport befestigt, und der Sekundärteil wird durch einen gemeinsamen Sekundärteil für die elektromagnetischen Linearantriebe aller Gravursupporte gebildet, der an dem gemeinsamen Gravurwagen befestigt ist und sich parallel zur Achse des Druckzylinders im wesentlichen über die gesamte Länge des gemeinsamen Gravurwagens erstreckt.

In dieser Ausführungsform werden die Gravursupporte vor der Gravur mittels der Linearantriebe in die jeweiligen exakten Startpositionen für die einzelnen Gravierstränge gebracht. Diese Positionen werden entweder elektronisch eingefroren, oder die Gravursupporte werden mit geeigneten Klemmvorrichtungen auf dem gemeinsamen Gravurwagen festgehalten.

Während der Gravur wird der gemeinsame Gravurwagen durch Drehen der Gewindespindel verfahren, entweder kontinuierlich für Helixgravur oder schrittweise für Kreisliniengravur. Da die Abstände zwischen den Gravursupporten während der Gravur gleich bleiben, wirkt sich der Spindelfehler auf alle Gravierorgane gleich aus. Somit entstehen keine Gravurdifferenzen zwischen den Graviersträngen, und man benötigt eine weniger exakte Spindel als wenn sich jeder Gravursupport für sich an der Spindel fortbewegen würde, sei es durch Klemmung an eine rotierende Spindel oder durch eigenen Antrieb.

In einer zweiten Ausführungsform wird jeder Antrieb, der eine Linearbewegung eines Gravursupportes unabhängig von den anderen Gravursupporten ermöglicht, durch einen elektromagnetischen Linearantrieb gebildet, dessen Primärteil an dem entsprechenden Gravursupport befestigt ist und dessen Sekundärteil durch einen gemeinsamen Sekundärteil für die elektromagnetischen Linearantriebe aller Gravursupporte gebildet wird, der in Bezug auf die Graviermaschine feststehend ist und sich parallel zur Achse des Druckzylinders im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt.

In der zweiten Ausführungsform werden die Gravursupporte ausschließlich mit Hilfe der Linearantriebe verfahren, und die Positionierung erfolgt nicht nur vor, sondern auch während der Gravur, das heißt, während sich die Gravursupporte bewegen, aufgrund der Messergebnisse der Positionsmessung, nämlich durch Servoregelung der Linearantriebe. In dieser Ausführungsform wird keine Spindel benötigt.

In einer dritten Ausführungsform ist jeder Antrieb, der eine Linearbewegung eines Gravursupportes unabhängig von den anderen Gravursupporten ermöglicht, ein Hohlwellenantrieb, bei dem eine rotatorisch antreibbare Gewindemutter eine feststehende Gewindespindel umschließt, die sich parallel zur Achse des Druckzylinders im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt. Ein solcher Hohlwellenantrieb ist aus der DE-198 54 325 bekannt. Auch in der dritten Ausführungsform erfolgt die Positionierung nicht nur vor, sondern auch während der Gravur aufgrund der Messergebnisse der Positionsmessung, nämlich durch Servoregelung der Hohlwellenantriebe, und somit unabhängig von irgendwelchen Fehlern der Gewindespindel.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Graviermaschine mit mehreren Gravursupporten auf einem gemeinsamen Gravurwagen,

Fig. 2 eine Perspektivansicht eines der Gravursupporte mit Linearführungen, Antrieb und Längenmesseinrichtung,

Fig. 3 Prinzipskizzen von deaktivierbaren Klemmvorrichtungen für die Gravursupporte, und

Fig. 4 eine Schnittansicht durch einen Hohlwellenantrieb eines Gravursupportes.

Fig. 1 zeigt einen Druckzylinder 2 für den Tiefdruck, der in einer Graviermaschine drehbar gelagert und axial mit einem Antrieb 4 gekoppelt ist. Parallel zur Achse des Druckzylinders 2 und im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt sich ein Gravurwagen 6, der Linearführungen 8, eine Magnetbahn 10 als Sekundärteil eines Linearantriebes und eine Längenmesseinrichtung 12 (Fig. 2) trägt, die sich alle ebenfalls parallel zur Achse des Druckzylinders 2 und im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstrecken.

Der Gravurwagen 6 ruht auf weiteren (nicht gezeigten) Linearführungen, auf denen er achsparallel zum Druckzylinder 2 beweglich ist. Unterhalb des Gravurwagens 6 und achsparallel zum Druckzylinder 2 erstreckt sich eine Gewindespindel 14, die drehbar gelagert und an einem Ende mit einem Schrittmotor 16 gekoppelt ist. Am Gravurwagen 6 ist eine (nicht gezeigte) Gewindemutter befestigt, deren Gewinde in die Gewindespindel 14 eingreift.

Auf den Linearführungen 8 des Gravurwagens 6 sind acht in einer Reihe angeordnete Gravursupporte 18 verschiebbar gelagert. Jeder Gravursupport 18 enthält einen Primärteil 20 (Fig. 2), der mit der Magnetbahn 10 auf dem Gravurwagen 6 zusammenwirkt, um jeweils einen Linearantrieb zu bilden. Das heißt, durch elektrische Ansteuerung des Primärteils 20 ist jeder Gravursupport 18 unabhängig von den anderen Gravursupporten 18 parallel zur Achse des Druckzylinders 2 verschiebbar, um die mit Doppelpfeilen eingezeichneten Abstände zwischen den Gravursupporten 18 variieren zu können.

Jeder Gravursupport 18 trägt ein Gravierorgan 21, das zum Beispiel einen Diamantstichel oder ein Elektronenstrahl-Gravierwerkzeug aufweist. Jeder Gravursupport 18 gehört zu einem von acht Graviersträngen A bis H auf dem Druckzylinder 2.

Fig. 2 zeigt perspektivisch einen Abschnitt des Gravurwagens 6, in dem einer der Gravursupporte 18 auf den Linearführungen 8 ruht.

Man erkennt den am Gravursupport 18 befestigten Primärteil 20 oberhalb der Magnetbahn 10, die den Sekundärteil bildet. So ein Linearantrieb stellt einen "abgewickelten" Synchronmotor dar, dessen Permanentmagnete in die Magnetbahn integriert sind. Der Sekundärteil kann statt durch die Magnetbahn 10 auch durch eine Bahn aus Kurzschlussstäben gebildet werden. Dieser Fall entspricht einem "abgewickelten" Asynchronmotor.

Weiterhin erkennt man in Fig. 2 die Längenmesseinrichtung 12, zum Beispiel einen Linearmaßstab, der mittels eines Abtastorgans 22 am Gravursupport 18 abgetastet wird. Geeignete Längenmesssysteme mit einer Messgenauigkeit von +/-2 µm sind zum Beispiel von der Firma Renishaw oder der Firma Heidenhain erhältlich. Es können Längenmesssysteme sowohl mit Absolutpositionierung als auch mit Relativpositionierung verwendet werden, wobei man letztere von Absolutwerten ausgehen lässt, die zum Beispiel ein Präzisions- Glasmaßstab auf einer zweiten Spur liefert.

Nicht gezeigte Stromzufuhrleitungen für den Primärteil 20 und Signalleitungen für das Abtastorgan 22 verlaufen durch ein flexibles Gliederband 24 zum gemeinsamen Gravurwagen 6 und von dort weiter zur Maschinensteuerung.

Vor der Gravur eines Druckzylinders 2 werden an der Maschinensteuerung die gewünschten Startpositionen der Gravursupporte 18 für die einzelnen Gravierstränge A bis H eingegeben, und eine Servoregelung bringt die Gravursupporte 18 mittels ihrer Linearantriebe in die eingegebenen Startpositionen, d. h. in deren Sollpositionen, indem sie die von den Längenmesseinrichtungen 12 gelieferten Istpositionen mit den Sollpositionen vergleicht und die Gravursupporte 18 verfährt, bis deren Istpositionen auf +/-2 µm genau gleich den Sollpositionen sind. In diesen Positionen werden die Gravursupporte 18 auf dem Gravurwagen 6 festgehalten, indem die gefundenen Positionen mit Hilfe der Servoregelung eingefroren werden. Alternativ können die Gravursupporte 18 mit Hilfe von Klemmvorrichtungen auf dem Gravurwagen 6 festgehalten werden. Geeignete Klemmvorrichtungen werden unten mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben.

Im Gravierbetrieb wird der Gravurwagen 6 mit Hilfe der Gewindespindel 14 und des Schrittmotors 16 langsam parallel zur Achse des Druckzylinders 2 verfahren, während sich der Druckzylinder 2 dreht, und die Gravierorgane 21 gravieren die einzelnen Gravierstränge A bis H auf dem rotierenden Druckzylinder 2. Da die Abstände zwischen den Gravursupporten 18 während der Gravur gleich bleiben, entstehen keine Gravurdifferenzen.

Fig. 3a bis 3c sind schematische Schnittansichten von Ausführungsbeispielen für Klemmvorrichtungen, mit denen jeder Gravursupport 18 während der Gravur auf dem Gravurwagen 6 geklemmt wird.

In Fig. 3a trägt der Gravursupport 18 ein U-förmiges Joch 26, das magnetisch wird, wenn Strom durch Spulen 28 auf dem Joch geleitet wird. Die Schenkel des Jochs 26 liegen einer ferromagnetischen Fläche auf dem Gravurwagen 6 gegenüber, welche den magnetischen Fluss bei eingeschaltetem Strom schließt. Dadurch wird der Gravursupport 18 auf seine Linearführungen 8 gepresst und darauf blockiert.

In Fig. 3b erstreckt sich ein in Längsrichtung verschiebbarer Stab 29 senkrecht durch den Gravursupport 18. Der Stab 29 trägt an seinem unteren Ende einen sich nach oben verjüngenden Klemmstein 30, der in eine keilförmige Nut 32 im Gravurwagen 6 passt. Eine Feder 34 presst den Stab 29 und den Klemmstein 30 permanent in die Nut 32, um den Gravursupport 18 auf dem Gravurwagen 6 zu blockieren. Die Klemmvorrichtung von Fig. 3b wird deaktiviert, indem Strom durch eine Spule 36 geleitet wird, die den Stab 29 durch ein daran befestigtes ferromagnetisches Glied 38 nach unten aus der Nut 32 stößt. Dieser deaktivierte oder Freigabezustand ist in Fig. 3b dargestellt.

Die in Fig. 3c gezeigte Klemmvorrichtung Fig. 3b unterscheidet von der Klemmvorrichtung von Fig. 3b nur darin, dass anstelle der keilförmigen Nut 32 eine T-Nut 40 im Gravurwagen gebildet ist, in der anstelle des verjüngten Klemmsteins 30 ein T-förmiger Klemmstein 42 sitzt. Fig. 3c zeigt den Freigabezustand.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von demjenigen von Fig. 1 und 2 dadurch, dass die Linearführungen 8, die Magnetbahn 10 und die Längenmesseinrichtung 12 nicht auf einem beweglichen Gravurwagen 6, sondern auf einer maschinenfesten Plattform angeordnet sind.

Dementsprechend entfallen auch die Gewindespindel 14 und der Schrittmotor 16. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Gravursupporte 18 mit Hilfe der Linearantriebe nicht nur in ihre Startpositionen bewegt, sondern auch während der Gravur durch entsprechende Servoregelung schrittweise oder kontinuierlich am Druckzylinder 2 entlang bewegt, wobei die Abstände zwischen den Gravursupporten 18 gleich bleiben. Klemmvorrichtungen wie in Fig. 3 sind hier nicht vorgesehen.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von demjenigen von Fig. 1 und 2 dadurch, dass anstelle der Linearantriebe sogenannte Hohlwellenantriebe vorgesehen sind. Insbesondere ist anstelle des Sekundärteils 10 eine verdrehfest angebrachte Gewindespindel vorgesehen, die sich parallel zur Achse des Druckzylinders 2 über dessen gesamte Länge erstreckt, und die einzelnen Gravursupporte 18 weisen anstelle der Primärteile 20 jeweils einen Hohlwellenantrieb auf, der anhand von Fig. 4 erläutert wird.

In Fig. 4 ist ein ringförmiger Stator 44 an der Innenseite eines hohlzylinderförmigen Motorgehäuses 46 befestigt, das mit dem Gravursupport 18 in Verbindung steht. Innerhalb des Stators 44 ist mittels zweier Ringlager 48 ein hohlwellenförmiger Rotor 50 drehbar gelagert, durch dessen Hohlwelle 52 die feststehende Gewindespindel 54 verläuft. Eine Gewindemutter 56, welche stirnseitig mittels einer Halterung 58 mit dem Rotor 50 verbunden ist, umschließt die feststehende Gewindespindel 54, wobei das Innengewinde 60 der Gewindemutter 56 mit dem Außengewinde 62 der Gewindespindel 54 in Eingriff ist.


Anspruch[de]
  1. 1. System zur Linearbewegung von mehreren Gravursupporten einer Graviermaschine zur Gravur von Druckzylindern für den Tiefdruck, wobei die Gravursupporte auf Linearführungsmitteln parallel zur Achse eines zu gravierenden Druckzylinders geführt sind und wobei jeder Gravursupport einen eigenen Antrieb aufweist, der eine Linearbewegung unabhängig von den anderen Gravursupporten ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass die exakte axiale Istposition jedes Gravursupportes mittels einer entsprechend genauen Längenmesseinrichtung (12) gemessen wird, die sich parallel zur Achse des Druckzylinders (2) erstreckt und über die gesamte Gravierlänge der Graviermaschine wirksam ist, und dass jeder Gravursupport (18) so bewegt wird, dass seine Sollposition der gemessenen Istposition entspricht.
  2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Gravursupporte (18) auf einem gemeinsamen Gravurwagen (6) angeordnet sind, der mittels einer drehbaren Gewindespindel (14) parallel zur Achse des Druckzylinders (2) verfahrbar ist, dass jeder Antrieb, der eine Linearbewegung eines Gravursupportes unabhängig von den anderen Gravursupporten ermöglicht, durch einen elektromagnetischen Linearantrieb gebildet wird, dessen Primärteil (20) an dem entsprechenden Gravursupport (18) befestigt ist und dessen Sekundärteil durch einen gemeinsamen Sekundärteil (10) für die elektromagnetischen Linearantriebe aller Gravursupporte gebildet wird, der an dem gemeinsamen Gravurwagen (18) befestigt ist und sich parallel zur Achse des Druckzylinders (2) im wesentlichen über die gesamte Länge des gemeinsamen Gravurwagens (6) erstreckt.
  3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gravursupport (18) eine deaktivierbare Klemmvorrichtung (Fig. 3) aufweist, wobei die Klemmvorrichtungen während der Gravur aktiv sind, um alle Gravursupporte (18) in ihren momentanen Positionen auf dem gemeinsamen Gravurwagen (6) festzuhalten.
  4. 4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antrieb, der eine Linearbewegung eines Gravursupportes (18) unabhängig von den anderen Gravursupporten ermöglicht, durch einen elektromagnetischen Linearantrieb gebildet wird, dessen Primärteil (20) an dem entsprechenden Gravursupport befestigt ist und dessen Sekundärteil durch einen gemeinsamen Sekundärteil (10) für die elektromagnetischen Linearantriebe aller Gravursupporte gebildet wird, der in Bezug auf die Graviermaschine feststehend ist und sich parallel zur Achse des Druckzylinders (2) im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt.
  5. 5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antrieb, der eine Linearbewegung eines Gravursupportes (18) unabhängig von den anderen Gravursupporten ermöglicht, ein Hohlwellenantrieb (Fig. 4) ist, bei dem eine rotatorisch antreibbare Gewindemutter (56) eine feststehende Gewindespindel (54) umschließt, die sich parallel zur Achse des Druckzylinders (2) im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckt.






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