DE102023126328A1

DE102023126328A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Behandeln von Substraten

Info

Publication number: DE102023126328A1
Application number: DE102023126328.5A
Authority: DE
Inventors: Tilo Hanke; Ulrich Köhler; Jürgen Mann; Frank Schumann
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2023-09-27
Filing date: 2023-09-27
Publication date: 2025-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten umfassend zwei miteinander zusammenwirkende Bearbeitungszylinder, die über Lagerstellen in Gestellwänden gelagert sind und zwischen die das Substrat einführbar ist, wobei das Substrat beim Durchlaufen durch im Zylinderspalt wirksame Werkzeugteile aus der Gruppe der Schneidwerkzeuge, Stanzwerkzeuge, Rillwerkzeuge, Perforierwerkzeuge und/oder Nutwerkzeuge eine Bearbeitung erfährt, wobei eine Messbrücke ausgebildet ist, die mit einer Gestellwand fest verbunden ist, wobei der Messbrücke zwei Sensoren fest zugeordnet sind und wobei die Sensoren jeweils zur Erfassung des Abstandes der Messbrücke zu einer Außenkontur eines jeweiligen Bearbeitungszylinders ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Behandeln von Substraten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Substraten.
Als Substrate werden insbesondere bogenförmige Substrate verstanden, die vorzugsweise bedruckbar oder bedruckt sind. Derartige Substrate werden durch einen oder mehrere Bearbeitungsvorgänge bearbeitet, wie z. B. durch Bedrucken und/oder Beschichten und/oder Lackieren und/oder Schneiden und/oder Stanzen und/oder Prägen und/oder Rillen und/oder Perforieren.
Für die kontinuierliche Bearbeitung der bogenförmigen Substrate sind rotativ arbeitende Systeme mit paarweise angeordneten Bearbeitungszylindern bekannt. Die Bearbeitungszylinder tragen Werkzeuge und bilden einen Zylinderspalt, in den die Substrate einführbar sind, wobei sie beim Durchlaufen des Zylinderspaltes eine Bearbeitung erfahren und die gegebenenfalls entstehenden Abfallteile geordnet abtransportiert und entsorgt werden können. Für eine hohe Bearbeitungsqualität ist eine genaue Positionierung der Bearbeitungszylinder relativ zu einander erforderlich.
Aus der DE 103 56 405 A1 ist eine Vorrichtung zum veredelnden Bearbeiten, z. B. Schneiden, Stanzen, Prägen, Folientransfer, und/oder Beschichtungen, von bedrucktem Papier, Karton, Kartonverpackungen, Wellpappe, Kunststoffe mittels eines Rotationsvorganges bekannt, bei dem das Substrat in Vorschubrichtung zwischen einer rotierenden Gegendruck-Bearbeitungswalze und einer rotierenden Bearbeitungswalze einführbar ist und beim Durchlaufen durch im Arbeitsspalt wirksame Werkzeugteile seine Bearbeitung erfährt. Der Bearbeitungswalze ist direkt ein Auslageförderband für formfreie Substrate nachgeordnet, das annähernd horizontal ausgerichtet ist.
Die Vorrichtung ist ausschließlich zur Bearbeitung von bahnförmigen Substraten ausgebildet.
Aus der DE 103 56 413 A1 ist eine Vorrichtung zum veredelnden Bearbeiten von bedrucktem Papier oder dergleichen bahnförmigen Substraten, mittels eines Rotationsvorganges, bei dem das Substrat in Vorschubrichtung zwischen einer rotierenden Gegendruck-Bearbeitungswalze und einer rotierenden Bearbeitungswalze einführbar ist und beim Durchlaufen durch im Arbeitsspalt wirksame Werkzeugteile seine Bearbeitung erfährt. Die Gegendruck-Bearbeitungswalze ist im Wesentlichen neben einer Bearbeitungswalze angeordnet und der Bearbeitungswalze direkt ein Auslageförderband für formfreie Substrate nachgeordnet, das annähernd horizontal ausgerichtet ist. Die Bearbeitungswalze ist doppeltgroß ausgebildet und weist Greifer auf.
Die EP 0 281 064 A1 , WO 2006/117646 A1 , DE 1 486 958 A und GB 969,753 A offenbaren Vorrichtungen zum Behandeln von Substraten mit Trenneinrichtungen.
Beim Betrieb der bekannten Vorrichtungen besteht das Problem, dass sich im Wesentlichen infolge der Antriebsreibung Teile der Vorrichtung erwärmen und ausdehnen, was zu einer unerwünschten Beeinflussung der Funktionsweise der bekannten Vorrichtungen führt. Besonders problematisch ist dabei die Wärmedehnung des Gestells zwischen den Lagerstellen miteinander zusammenwirkender Maschinenteile, wie beispielsweis Walzen oder Zylinder, die zusammen einen funktionswesentlichen Zylinderspalt bilden. Bei der Verwendung von Walzen oder Zylindern, die verstellbar gelagert sind, kann der Wärmedehnung durch Verstellen der Walzen oder Zylinder entgegengewirkt werden, was sich als aufwändig erweist, insbesondere wenn die Wärmedehnung nicht zeitlich konstant ist.
Aus der DE 10 2016 226 167 A1 ist eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten bekannt, bei der unerwünschten Wärmedehnungseffekten durch die Verwendung einer Temperiervorrichtung zur ausschließlichen Temperierung einer antriebsnahen Gestellwand entgegengewirkt wird.
Die DE 10 2018 219 708 B3 offenbart eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, bei der eine Öffnung in der Stirnseite eines Bearbeitungszylinders von einem von Temperiermittel durchströmbaren Rohr durchgriffen ist, welches Bestandteil einer Temperiervorrichtung ist.
Gemäß der DE 10 2018 219 709 B3 wird einer unerwünschten Erwärmung eines Bearbeitungszylinders durch gezielte Erzeugung eines die Stirnseite des Bearbeitungszylinders überstreichenden Luftstroms entgegengewirkt.
Aus der DE 10 2018 219 710 B3 ist die Verwendung von wärmeisolierenden Schichten zur Verminderung der Wärmeausbreitung in Bearbeitungszylindern bekannt.
Die DE 10 2017 222 716 B3 beschreibt eine Bedruckstoff verarbeitende Maschine mit einer Vorrichtung zum Messen und Regeln des thermisch veränderlichen Abstands zweier Rotationsachsen von Stanzzylindern. Die Vorrichtung verwendet einen Stab, der an einem Lager eines Bearbeitungszylinders befestigt ist und mit einem Sensor zur Erfassung des Abstands zweier Rotationsachsen zusammenwirkt. Die Vorrichtung erfasst die Veränderungen der Gestellwände infolge von Wärmedehnung nicht ausreichend genau in Bezug auf den zwischen den Bearbeitungszylindern gebildeten Zylinderspalt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Substraten zu schaffen, mit der die Bearbeitungsqualität beim Trennen oder beim Stanzen verbessert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 14 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, dass Substrate mit guter Bearbeitungsqualität getrennt oder gestanzt werden können.
Die Vorrichtung zum Behandeln von Substraten kann einen doppeltgroßen Bearbeitungszylinder aufweisen, der Positioniermittel, ausgebildet zur Aufnahme von zwei in Umfangsrichtung des Bearbeitungszylinders hintereinander anordenbaren Werkzeugen, trägt und ein Bogenhaltesystem zum Fixieren der Vorderkanten des bogenförmigen Substrats aufweist und mit einem einfachgroßen Bearbeitungszylinder zusammenwirkt.
Die Erfindung ist auch auf beliebige andere Konstellationen von Bearbeitungszylindergrößen anwendbar, wie z.B. auch auf Systeme deren Bearbeitungszylinderpaarungen doppeltgroß/doppeltgroß oder einfachgroß/einfachgroß usw. ausgebildet sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Bogen verarbeitenden Maschine mit einer Vorrichtung zum Behandeln von Substraten in schematischer Darstellung;
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Behandeln von Substraten in Seitenansicht.

Die Vorrichtung zum Behandeln von Substraten kann als eigenständige Maschine ausgebildet sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Behandeln von Substraten Bestandteil einer substratverarbeitenden, insbesondere einer Bogen verarbeitenden Maschine und wird inline mit den Aggregaten der Bogen verarbeitenden Maschine betrieben. Als Bogen verarbeitende Maschine ist insbesondere eine Bogendruckmaschine vorgesehen, wie sie z. B. in 1 dargestellt ist. Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Bogendruckmaschine, insbesondere einer Offsetbogendruckmaschine beschrieben, wobei diese Beschreibung sinngemäß auch für andere Bogen verarbeitende Maschinen, insbesondere Stanzmaschinen, sowie für eine Ausführung der Vorrichtung als eigenständige Maschine sinngemäß gelten soll. Eine Ausführung als Stanzmaschine kann insbesondere die Merkmale einer Bogendruckmaschine ohne Druckwerke aufweisen.
Die Bogendruckmaschine umfasst ein auch als Anleger 07 bezeichnetes Zuführsystem für Substrate. Als Substrate werden insbesondere bogenförmige Werkstücke aus Papier, Karton, Pappe, Wellpappe, Kunststoff oder dergleichen verstanden, die vorzugsweise bedruckbar oder bedruckt sind. Die Substrate liegen im Anleger 07 der Bogendruckmaschine als Stapel vor und werden von diesem vereinzelt und den dem Anleger 07 nachgelagerten Aggregaten der Bogendruckmaschine über ein Beschleunigungssystem 08 zugeführt und in einer Vorschubrichtung 11 durch die Aggregate der Maschine bewegt. Die Bogendruckmaschine umfasst mindestens ein vorzugsweise mehrere Druckwerke 06. Die Druckwerke 06 umfassen jeweils insbesondere einen Druckzylinder 41 und einen vorzugsweise als Übergabetrommel 42 ausgebildeten Bogenführungszylinder 42. Dem Druckzylinder 41 ist ein ein Gummituch tragender Gummituchzylinder 43 und diesem wiederum ein eine Druckplatte tragender Plattenzylinder 44 zugeordnet. Der Plattenzylinder 44 steht in Kontakt mit einem Farbwerk 45 und vorzugsweise auch einem Feuchtwerk. Im Druckwerk 06 wird der Substratbogen in an sich bekannter Weise von den am Druckzylinder 41 und Bogenführungszylinder 42 vorgesehenen Bogenhaltesystemen geführt, in dem zwischen Druckzylinder 41 und Gummituchzylinder 43 gebildeten Druckspalt bedruckt und an das sich anschließende Aggregat der Bogendruckmaschine, z. B. in Form des nächsten Druckwerks 06, übergeben. Im Anschluss an das oder die Druckwerke 06 oder zwischen den Druckwerken 06 kann eine oder können mehrere Bearbeitungswerke 46 ausgebildet sein.
Die Bearbeitungswerke 46 umfassen vorzugsweise zwei Bearbeitungszylinder 96; 97, von denen einer, vorzugsweise der untere, ein Bogenhaltesystem und der andere, vorzugsweise der obere, einen Werkzeugträger aufweist. Das Bogenhaltesystem des Bearbeitungszylinders 96 kann als Klemmgreifersystem oder als Sauggreifersystem ausgebildet sein. Die Bearbeitungszylinder 96; 97 können seitliche Messringe 196; 197 aufweisen.
Die Bearbeitungszylinder 96; 97 sind unter Bildung eines Zylinderspaltes einander zugeordnet. Mindestens einer der Bearbeitungszylinder 96; 97 trägt ein Werkzeug, das vorzugsweise aus der Gruppe der Schneidwerkzeuge, Stanzwerkzeuge, Rillwerkzeuge, Perforierwerkzeuge oder Nutwerkzeuge stammt.
Ein Bearbeitungszylinderpaar 96; 97 ist im einfachsten Fall durch den Druckzylinder 41 und Gummituchzylinder 43 eines Druckwerks 06 gebildet. In diesem Fall dient ein Druckwerk 06 als Bearbeitungswerk 46. Zum Befestigen des Werkzeugs auf dem Gummituchzylinder 43 dient in diesem Fall die Spanneinrichtung für das Gummituch.
Die Bearbeitungszylinder 96; 97 können auf vielfältige Weise ausgebildet sein.
Nach einer Ausführungsform, die sich besonders für Stanz- und Perforieranwendungen eignet, ist der obere Bearbeitungszylinder 97 als voller Magnetzylinder oder Trägerzylinder mit Magnetsegmenten zur Aufnahme von magnetischen Blechen oder Magnetblechen und der untere Bearbeitungszylinder 96 als oberflächengehärteter Zylinder oder mit einem darauf befestigten gehärteten Blech ausgebildet.
Nach einer anderen Ausführungsform, die sich besonders für Präge- oder Rill- oder Nutanwendungen eignet, ist der obere Bearbeitungszylinder 97 als voller Magnetzylinder oder Trägerzylinder mit Magnetsegmenten zur Aufnahme von magnetischen Blechen oder Magnetblechen und der untere Bearbeitungszylinder 96 als oberflächengehärteter Zylinder oder mit einem darauf befestigten gehärteten Blech oder mit einem Blech mit Hartgummi / Kunststoff ausgebildet.
Der untere Bearbeitungszylinder 96 kann dabei in allen genannten Fällen mit mechanisch, insbesondere form- oder kraftschlüssig wirkenden Werkzeugträgern oder Aufzugträgern versehen sein. Die kraftschlüssig wirkenden Werkzeugträger oder Aufzugträger sind insbesondere magnetisch wirkend ausgebildet.
Dem Bearbeitungszylinder 97 kann auf dessen dem Bearbeitungszylinder 96 abgewandter Seite ein Gegenzylinder 98 zugeordnet sein, der mit dem zweiten Bearbeitungszylinder 97 in Oberflächenkontakt steht. Der Gegenzylinder 98 wird beispielhaft schematisch nur in 1 dargestellt.
Der Gegenzylinder 98 ist dem Bearbeitungszylinder 97 derart zugeordnet, dass bei einer Durchbiegung des Bearbeitungszylinders 97, wie sie bei einer Bearbeitung von Substratbogen im Spalt zwischen den beiden Bearbeitungszylindern 96; 97 auftritt, die Kraftwirkung der resultierenden Biegekraft des zweiten Bearbeitungszylinders 97 den Gegenzylinder 98, vorzugsweise in dessen Mitte oder nahe seiner Mitte trifft.
Der Gegenzylinder 98 kann den gleichen Durchmesser aufweisen, wie der zweite Bearbeitungszylinder 97.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, eine Trenneinrichtung 02 mit einen Transportzylinder 03 und einen Ausbrechzylinder 04, zwischen die das Substrat einführbar ist. Die Trenneinrichtung 02 kann Bestandteil eines Trennwerks 02, insbesondere eines Ausbrechwerks, sein. Das Substrat wird beim Durchlaufen durch den Zylinderspalt zwischen Transportzylinder 03 und Ausbrechzylinder 04 durch mindestens einen Aufzug in mindestens ein Abfallteil und mindestens einen Nutzen getrennt. Der Transportzylinder 03 und/oder der Ausbrechzylinder 04 sind vorzugsweise als Magnetzylinder ausgebildet. Dem Transportzylinder 03 und/oder dem Ausbrechzylinder 04 und/oder den Bearbeitungszylindern 96; 97 kann eine Abschäleinrichtung, die an die Zylinder wahlweise an- oder abstellbar ist, zugeordnet sein.
In der Mantelfläche des Transportzylinders 03 sind vorzugsweise mit Luftversorgungsmittel versorgbare Öffnungen ausgebildet.
Um das Auswechseln von Werkzeugteilen oder Aufzügen zu erleichtern, kann einem oder beiden Bearbeitungszylindern 96; 97 eine Abschäleinrichtung zum Abschälen mindestens eines Werkzeugteils zugeordnet sein.
Die Bearbeitungszylinder 96; 97 sind über Lagerstellen 111; 112 in einem Gestell gelagert. Das Gestell kann als monolithische Gußbox, als Schweißteil oder in anderer geeigneter Form ausgebildet sein. Das Gestell umfasst seitliche Gestellwände 109; 110 in denen die Lagerstellen 111; 112 ausgebildet sind. Die Lagerstellen 111; 112 sind vorzugsweise als Mehrringlager, insbesondere Dreiringlager ausgebildet.
Jedem Bearbeitungszylinder 96; 97 oder einem einzelnen Bearbeitungszylinder 96; 97 kann eine Verstelleinrichtung, insbesondere ein Stellglied, zugeordnet sein, mit der die Rotationsachse 203; 204 des jeweiligen Bearbeitungszylinders 96; 97 in Bezug auf die Rotationsachse 204; 203 des jeweils anderen Bearbeitungszylinders 97; 96 verlagert werden kann. Die Verstelleinrichtung ermöglicht eine Einstellung des Zylinderspalts zwischen den Bearbeitungszylindern 96; 97, z. B. zur Anpassung an die Dicke des zu verarbeitenden Substrates. Die Verstelleinrichtung ist insbesondere derart ausgebildet, dass der Abstand der Bearbeitungszylinder 96; 97 im Bereich der antriebsnahen Gestellwand 109 unabhängig vom Abstand der Bearbeitungszylinder 96; 97 im Bereich der antriebsfernen Gestellwand 110 einstellbar ist. Mit anderen Worten kann durch die Verstelleinrichtung eine Schrägstellung der Bearbeitungszylinder 96; 97 zueinander hergestellt oder ausgeglichen werden.
Die Bearbeitungszylinder 96; 97 werden vorzugsweise einseitig angetrieben, d. h., dass ein Antriebsmoment jeweils nur an einem Ende des jeweiligen Bearbeitungszylinders 96; 97 eingeleitet wird. Zum Antreiben kann ein gemeinsamer Antrieb mit einem Antriebszahnräder umfassenden Zahnradzug oder können mehrere einzelne Antriebe vorgesehen sein. Falls Antriebszahnräder vorgesehen sind, ist vorzugsweise jeweils ein Antriebszahnrad auf einem Schenkel des jeweiligen Bearbeitungszylinders 96; 97 vorzugsweise außerhalb des Gestells oder in einem Hohlraum des Gestells angeordnet. Der Hohlraum kann von einer Gestellwand 109; 110 gegenüber dem Raum des Gestells, der die Bearbeitungszylinder 96; 97 aufnimmt, abgegrenzt sein. Die Antriebszahnräder der beiden Bearbeitungszylinder 96; 97 kämmen vorzugsweise miteinander und sind vorzugsweise über nicht dargestellte weitere Getriebeglieder, insbesondere Zahnräder, mit einem Antriebsmotor verbunden, der als Zentralantrieb ausgebildet sein kann. Die Vorrichtung zum Behandeln von Substraten kann eine Temperiervorrichtung oder mehrere Temperiervorrichtungen umfassen. Nach einer Ausführungsform kann die Temperiervorrichtung zur ausschließlichen Temperierung der antriebsnahen Gestellwand 109, das heißt ohne Temperierung der antriebsfernen Gestellwand 110, ausgebildet sein. In diesem Fall weist die andere Gestellwand 110 keine Temperiervorrichtung auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Temperiervorrichtung zur Temperierung der antriebsnahen Gestellwand 109 sowie zur Temperierung der antriebsfernen Gestellwand 110 ausgebildet sein. Die eine oder mehrere Temperiervorrichtungen sind dabei insbesondere zur Temperierung der jeweiligen antriebsnahen Gestellwand 109 und/oder der antriebsfernen Gestellwand 110 zwischen den Lagerstellen 111; 112 der Bearbeitungszylinder 96; 97 ausgebildet.
Die eine oder jede Temperiervorrichtung umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Kühleinrichtungen und/oder eine oder mehrere Heizeinrichtungen. Die eine oder mehrere Kühleinrichtungen und/oder die eine oder mehrere Heizeinrichtungen sind zur Temperierung der antriebsnahen Gestellwand 109 unabhängig von der Temperierung der antriebsfernen Gestellwand 110 ausgebildet und vorzugsweise, aber nicht zwingend, ausschließlich zwischen den Lagerstellen 111; 112 der Bearbeitungszylinder 96; 97 angeordnet. Die eine oder jede Temperiervorrichtung kann einen in mindestens einer der Gestellwände 109; 110 ausgebildeten Temperiermittelkreislauf oder eine an mindestens einer der Gestellwände 109; 110 fixierte Heizplatte oder eine an mindestens einer der Gestellwände 109; 110 fixierte, insbesondere aufgeklebte, Induktionsspule oder ein an mindestens einer der Gestellwände 109; 110 fixiertes, insbesondere aufgeklebtes, Induktionspad oder ein an mindestens einer der Gestellwände 109; 110 fixiertes Peltierelement aufweisen.
Weiter bevorzugt umfasst die mindestens eine Temperiervorrichtung einen oder zwei Regelkreise, mit denen die Temperatur der antriebsnahen Gestellwand 109 unabhängig von der Temperatur der antriebsfernen Gestellwand 110 regelbar ist. Die Regelkreise sind in an sich bekannter Weise ausgebildet und umfassen jeweils einen Temperatursensor, einen Regler und eine Regelstrecke. Der jeweilige Temperatursensor ist der jeweiligen Gestellwand 109; 110 derart zugeordnet, dass er die Temperatur der jeweiligen Gestellwand 109; 110 im Bereich zwischen den Lagerstellen 111; 112 erfasst. Die Temperatur bildet die Regelgröße des jeweiligen Regelkreises.
Vorzugsweise ist der Temperiervorrichtung ein Sollwert zum Temperieren der antriebsnahen Gestellwand 109 auf eine Temperatur größer als die Temperatur der antriebsfernen Gestellwand 110 eingegeben. Der Sollwert bildet die Führungsgröße des jeweiligen Regelkreises. Der Temperiervorrichtung kann auch ein weiterer Sollwert zum Temperieren der antriebsfernen Gestellwand 110 auf eine Temperatur kleiner als die Temperatur der antriebsnahen Gestellwand 109 eingegeben sein, der die Führungsgröße eines weiteren Regelkreises bilden kann.
Der Sollwert und der weitere Sollwert repräsentieren dabei die Temperatur bzw. den Zustand der sich einstellt, wenn die Bearbeitungszylinder 96; 97 dauerhaft angetrieben werden.
Vorzugsweise wird vor Inbetriebnahme oder nach einem längeren Stillstand eine der Gestellwände 109; 110 oder werden beide Gestellwände 109; 110 temperiert. Das Temperieren erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass die antriebsnahe Gestellwand 109 auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur der antriebsfernen Gestellwand 110 erwärmt wird. Anschließend wird der Abstand zwischen den Bearbeitungszylindern 96; 97 eingestellt. Das erfolgt vorzugsweise derart, dass der Abstand überall gleiche Werte aufweist, bzw. die Bearbeitungszylinder 96; 97 parallel zueinander ausgerichtet sind. Anschließend kann das Substrat eingeführt und zwischen den Bearbeitungszylindern 96; 97 bearbeitet werden. Vorzugsweise wird die antriebsferne Gestellwand 110 während der Temperierung der antriebsnahen Gestellwand 109 auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur der antriebsnahen Gestellwand 109 temperiert. Die Temperatur der antriebsfernen Gestellwand 110 liegt dabei vorzugsweise über der Umgebungstemperatur. Insbesondere zur Unterstützung des Temperierens bzw. Vorwärmens können während des Temperierens auch die Bearbeitungszylinder 96; 97 angetrieben werden. Weiter bevorzugt wird die antriebsnahe Gestellwand 109 auf einen Sollwert zum Temperieren der antriebsnahen Gestellwand 109 und die antriebsferne Gestellwand 110 auf einen weiteren, von dem Sollwert zum Temperieren der antriebsnahen Gestellwand 109 verschiedenen Sollwert temperiert, wobei der Sollwert zum Temperieren der antriebsnahen Gestellwand 109 und der weitere Sollwert die Temperaturen repräsentiert, die sich bei einem dauerhaften Antreiben der Bearbeitungszylinder 96; 97 in der jeweiligen Gestellwand 109; 110, insbesondere bei einer Umgebungstemperatur zwischen 17 und 23 Grad Celsius, z. B. infolge der Reibungswärme des Antriebs und/oder der Lagerstellen 111; 112 und/oder durch andere Einflüsse, ergeben. Der Sollwert und der weitere Sollwert sind im Idealfall derart gewählt, dass im Dauerlauf die für die beiden Gestellwände 109; 110 eingestellten Temperaturen konstant bleiben, ohne dass es in diesem Zustand einer Temperierung durch die Temperiervorrichtung bedarf. Dieser Zustand wird erreicht, wenn die durch Reibung zugeführt Wärmemenge gleich der Wärmemenge ist, die infolge des Temperaturgefälles der Gestellwände 109; 110 zur Umgebung an die Umgebung abgegeben wird.
Anstatt oder insbesondere zusätzlich zur Temperierung der Gestellwände 109; 110 ist die Erfassung der von der Wärmedehnung der Gestellwände 109; 110 anhängigen Lage der Bearbeitungszylinder 96; 97 relativ zueinander erforderlich.
Dazu ist eine Messbrücke 199 ausgebildet, die mit einer Gestellwand 109; 110 fest verbunden ist. Der Messbrücke 199 sind zwei Sensoren 201; 202 fest zugeordnet. Die zwei Sensoren 201; 202 sind jeweils zur Erfassung des Abstandes der Messbrücke 199 zu einer Außenkontur eines jeweiligen Bearbeitungszylinders 97; 96 ausgebildet.
Die Messbrücke 199 erstreckt sich vorzugsweise entlang einer virtuellen, rechtwinklig zu den Rotationsachsen 203; 204 der Bearbeitungszylinder 96; 97 zwischen den Rotationsachsen 203; 204 der Bearbeitungszylinder 96; 97 verlaufenden Verbindungslinie. Die Verbindungslinie ist insbesondere eine Verbindungsgerade.
Die Sensoren 201; 202 sind insbesondere jeweils einem Ende der Messbrücke 199 zugeordnet. Vorzugsweise sind die zwei Sensoren 201; 202 auf einer rechtwinklig zu den Rotationsachsen 203; 204 der Bearbeitungszylinder 96; 97 zwischen den Rotationsachsen 203; 204 der Bearbeitungszylinder 96; 97 verlaufenden Verbindungslinie, insbesondere Verbindungsgeraden, angeordnet.
Die Sensoren 201; 202 weisen vorzugsweise eine Erfassungsrichtung auf, die entlang einer rechtwinklig zu den Rotationsachsen 203; 204 der Bearbeitungszylinder 96; 97 zwischen den Rotationsachsen 203; 204 der Bearbeitungszylinder 96; 97 verlaufenden Verbindungslinie, insbesondere Verbindungsgeraden, verläuft.
Die Sensoren 201; 202 sind vorzugsweise als optische Sensoren oder kapazitive Sensoren oder induktive Sensoren ausgebildet.
Wenn die Sensoren 201; 202 induktive Sensoren sind, können diese insbesondere zur Erfassung eines Wirbelfeldes ausgebildet sein.
Im Fall der Ausbildung der Sensoren 201; 202 als optische Sensoren kann insbesondere ein Lichtstrahl seitlich in einen zu messenden Spalt hinein gerichtet und auf der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des zu messenden Spalts ein jeweiliger Sensor 201; 202 angeordnet sein. Der jeweilige Sensor 201; 202 ist bei dieser Ausführung zur Erfassung der Breite des den Spalt passierenden Lichtstrahls ausgebildet.
Weiter bevorzugt weisen die Sensoren 201; 202 eine Erfassungsrichtung auf und/oder sind mit einer Erfassungsrichtung angeordnet, die entlang einer rechtwinklig zu den Rotationsachsen 203; 204 der Bearbeitungszylinder 96; 97 zwischen den Rotationsachsen 203; 204 der Bearbeitungszylinder 96; 97 verlaufenden Verbindungslinie, insbesondere Verbindungsgeraden, verläuft.
Die Messbrücke 199 kann aus einem Material bestehen, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als 3 × 10^-6 K^-1 aufweist.
Insbesondere kann die Messbrücke 199 aus Invar bestehen oder aus einer Legierung bestehen, die den Invareffekt aufweist.
Die Messbrücke 199 kann auch aus einem aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff bestehen oder einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff enthalten.
Vorzugsweise besteht die Messbrücke 199 aus einer Legierung, die Eisen und Nickel enthält.
Insbesondere kann die Messbrücke 199 aus einer Legierung bestehen, die mehr als fünfzig Prozent Eisen oder die mehr als sechzig Prozent Eisen oder genau vierundfünfzig Prozent Eisen oder genau vierundsechzig Prozent Eisen enthält.
Der Nickelgehalt der Legierung beträgt vorzugsweise fünfundzwanzig Prozent oder mehr als dreißig Prozent oder genau neunundzwanzig Prozent oder genau sechsunddreißig Prozent. Neben Eisen und Nickel kann die Legierung auch Kobalt enthalten.
Vorzugsweise besteht die Legierung zu mehr als fünfzehn Prozent oder zu genau siebzehn Prozent aus Kobalt.
Die Außenkontur zu der die Sensoren 201; 202 den Abstand erfassen, ist insbesondere eine Oberfläche, insbesondere eine Mantelfläche, eines an dem jeweiligen Bearbeitungszylinder 96; 97 ausgebildeten Messrings 196; 197.
Die Messringe 196; 197 können in der Art von an sich im Druckmaschinenbau bekannten Schmitzringen aufgebaut sein, weisen in Unterschied zu Schmitzringen jedoch Durchmesser auf, die kleiner sind, als die Durchmesser der Zylinder, an denen sie ausgebildet sind. Zudem sind die Messringe 196; 197 keine Elemente der Zwangsführung und rollen nicht aufeinander ab. Vorzugsweise sind die Durchmesser der Messringe 196; 197 kleiner als achtzig Prozent oder kleiner siebzig Prozent der Durchmesser der Bearbeitungszylinder 96; 97 in den Bereichen in denen der Zylinderspalt zur Bearbeitung der Substrate gebildet ist. Insbesondere können die Durchmesser der Messringe 196; 197 im Bereich von dreißig bis achtzig Prozent der Durchmesser der Bearbeitungszylinder 96; 97 liegen.
Die Messringe 196; 197 bestehen vorzugsweise aus vergütetem Stahl und sind insbesondere hochpräzise rund und maßhaltig geschliffen. Weiter bevorzugt sind die Messringe 196; 197 ca. 1 - 4 cm breit.
Der Vorteil einer derartigen Ausbildung der Vorrichtung zum Behandeln von Substraten besteht insbesondere darin, dass die Auswirkungen von Temperaturveränderungen auf der direkten Verbindungslinie an den Gestellwänden 109; 110 erfasst werden können.
Aufbauend auf der Erkenntnis, dass sich eine jeweilige Gestellwand 109; 110 auch wegen unterschiedlicher Materialdicken, unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit und der sich daraus ergebenden lokal unterschiedlichen Wärmeleiteigenschaften lokal ungleichmäßig verformen, insbesondere ausdehnen kann, ist die Messbrücke 199 derart angeordnet, dass nur die für die Bearbeitungsqualität relevanten Anteile der Verformung, insbesondere Ausdehnung, erfasst werden.
Nach einem Verfahren, das die vorstehend beschriebene Vorrichtung verwenden kann, wird demgemäß von zwei Sensoren 201; 202 der Abstand der Messbrücke 199 zu jeweils einem Bearbeitungszylinder 96; 97 erfasst und die Summe der erfassten Abstandswerte gebildet. Die Summe wird einer Steuer- oder Regeleinrichtung zum Steuern- oder Regeln des Abstands von Rotationsachsen 203; 204 der Bearbeitungszylinder 96; 97 zuführt.
Insbesondere kann die Summe der erfassten Abstandswerte mit einem Referenzwert verglichen werden und von der Steuer- oder Regeleinrichtung ein Stellglied, in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs, angesteuert werden. Die Ansteuerung des Stellgliedes erfolgt derart, dass die Lage der Rotationsachse 203; 204 des einen Bearbeitungszylinders 96; 97 relativ zu der Lage der Rotationsachse 204; 203 des anderen Bearbeitungszylinders 97; 96 einstellt oder verändert wird.
Das Stellglied kann auch als Temperiervorrichtung zur Temperierung einer oder beider Gestellwände 109; 110 auf eine vorgegebene Temperatur oder zu voneinander unabhängigen Temperierung beider Gestellwände 109; 110 und/oder zur Temperierung eines oder beider Bearbeitungszylinder 96; 97 ausgebildet sein.
Die Sensoren 201; 202 können die Abstände auch mehrfach pro Umdrehung oder in vorgegebenen zeitlichen Abständen oder jeweils nach einer bestimmten Anzahl an Umdrehungen erfassen. Alternativ oder zusätzlich können die Sensoren 201; 202 auch zur Erfassung des Abstandes während des Stillstandes der Bearbeitungszylinder 96; 97 ausgebildet sein.
Auch können nach der Einrichtung der Vorrichtung für einen laufenden Produktionsauftrag die von den Sensoren 201; 202 erfassten Abstandswerte und insbesondere deren Summe gespeichert und als Referenzwert, insbesondere unter Berücksichtigung einer Toleranz, für den Produktionsbetrieb verwendet werden.
Bezugszeichenliste

01: -
02: Trennwerk, Trenneinrichtung
03: Transportzylinder
04: Ausbrechzylinder
05: -
06: Druckwerk
07: Anleger
08: Beschleunigungssystem
09: -
10: -
11: Vorschubrichtung
41: Druckzylinder
42: Bogenführungszylinder, Übergabetrommel
43: Gummituchzylinder
44: Plattenzylinder
45: Farbwerk
46: Bearbeitungswerk
96: Bearbeitungszylinder, erster
97: Bearbeitungszylinder, zweiter
98: Gegenzylinder
109: Gestellwand, antriebsnahe
110: Gestellwand, antriebsferne
111: Lagerstelle
112: Lagerstelle
196: Messring
197: Messring
198: -
199: Messbrücke
200: -
201: Sensor
202: Sensor
203: Rotationsachse (96)
204: Rotationsachse (97)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 103 56 405 A1 [0004]
DE 103 56 413 A1 [0006]
EP 0 281 064 A1 [0007]
WO 2006/117646 A1 [0007]
DE 1 486 958 A [0007]
GB 969,753 A [0007]
DE 10 2016 226 167 A1 [0009]
DE 10 2018 219 708 B3 [0010]
DE 10 2018 219 709 B3 [0011]
DE 10 2018 219 710 B3 [0012]
DE 10 2017 222 716 B3 [0013]

Claims

Vorrichtung zum Behandeln von Substraten umfassend zwei miteinander zusammenwirkende Bearbeitungszylinder (96; 97), die über Lagerstellen (111; 112) in Gestellwänden (109; 110) gelagert sind und zwischen die das Substrat einführbar ist, wobei das Substrat beim Durchlaufen durch im Zylinderspalt wirksame Werkzeugteile aus der Gruppe der Schneidwerkzeuge, Stanzwerkzeuge, Rillwerkzeuge, Perforierwerkzeuge und/oder Nutwerkzeuge eine Bearbeitung erfährt, wobei eine Messbrücke (199) ausgebildet ist, die mit einer Gestellwand (109; 110) fest verbunden ist, wobei der Messbrücke (199) zwei Sensoren (201; 202) fest zugeordnet sind und wobei die Sensoren (201; 202) jeweils zur Erfassung des Abstandes der Messbrücke (199) zu einer Außenkontur eines jeweiligen Bearbeitungszylinders (97; 96) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbrücke (199) sich in Richtung einer gedachten, rechtwinklig zu den Rotationsachsen (203; 204) der Bearbeitungszylinder (96; 97) zwischen den Rotationsachsen (203; 204) der Bearbeitungszylinder (96; 97) verlaufenden Verbindungslinie erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (201; 202) auf einer rechtwinklig zu den Rotationsachsen (203; 204) der Bearbeitungszylinder (96; 97) zwischen den Rotationsachsen (203; 204) der Bearbeitungszylinder (96; 97) verlaufenden Verbindungslinie angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (201; 202) eine Erfassungsrichtung aufweisen, die entlang einer rechtwinklig zu den Rotationsachsen (203; 204) der Bearbeitungszylinder (96; 97) zwischen den Rotationsachsen (203; 204) der Bearbeitungszylinder (96; 97) verlaufenden Verbindungslinie verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (201; 202) optische Sensoren oder kapazitive Sensoren oder induktive Sensoren sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur eine Oberfläche eines an dem jeweiligen Bearbeitungszylinder (96; 97) ausgebildeten Messrings (196; 197) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbrücke (199) aus einem Material besteht, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als 3 × 10^-6 K^-1 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbrücke (199) aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff besteht oder einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbrücke (199) aus einer Legierung besteht, die Eisen und Nickel enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbrücke (199) aus einer Legierung besteht, die mehr als fünfzig Prozent Eisen oder die mehr als sechzig Prozent Eisen oder genau vierundfünfzig Prozent Eisen oder genau vierundsechzig Prozent Eisen enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbrücke (199) mehr als fünfundzwanzig Prozent Nickel oder mehr als dreißig Prozent Nickel oder genau neunundzwanzig Prozent Nickel oder genau sechsunddreißig Prozent Nickel enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbrücke (199) aus einer Legierung besteht, die mehr als fünfzehn Prozent oder genau siebzehn Prozent Kobalt enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Bearbeitungszylinder (96; 97) ein Bogenhaltesystem zum Fixieren der Vorderkanten von bogenförmigem Substrat aufweist.
Verfahren zum Behandeln von Substraten, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 oder 13, wobei zwei miteinander zusammenwirkende Bearbeitungszylinder (96; 97), die über Lagerstellen (111; 112) in Gestellwänden (109; 110) gelagert sind und einen Zylinderspalt bilden, in den Zylinderspalt eingeführtes Substrat beim Durchlaufen durch im Zylinderspalt wirksame Werkzeugteile bearbeiten und zwei Sensoren (201; 202) den Abstand der Messbrücke (199) zu jeweils einem Bearbeitungszylinder (96; 97) erfassen und die Summe der erfassten Abstandswerte gebildet und einer Steuer- oder Regeleinrichtung zum Steuern- oder Regeln des Abstands von Rotationsachsen (203; 204) der Bearbeitungszylinder (96; 97) zuführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der erfassten Abstandswerte mit einem Referenzwert verglichen und von der Steuer- oder Regeleinrichtung ein Stellglied, in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs, angesteuert wird, das die Lage der Rotationsachse (203; 204) des einen Bearbeitungszylinders (96; 97) relativ zu der Lage der Rotationsachse (204; 203) des anderen Bearbeitungszylinders (96; 97) einstellt oder verändert.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einrichtung der Vorrichtung für einen laufenden Produktionsauftrag die Summe der erfassten Abstandswerte gespeichert und als Referenzwert, insbesondere unter Berücksichtigung einer Toleranz, für den Produktionsbetrieb verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (201; 202) jeweils den Abstand der Messbrücke (199) zu an den jeweiligen Bearbeitungszylindern (96; 97) ausgebildeten Messringen (196; 197) erfassen.