EP2156951B1 - Temperierbare Walze - Google Patents
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- EP2156951B1 EP2156951B1 EP20090167163 EP09167163A EP2156951B1 EP 2156951 B1 EP2156951 B1 EP 2156951B1 EP 20090167163 EP20090167163 EP 20090167163 EP 09167163 A EP09167163 A EP 09167163A EP 2156951 B1 EP2156951 B1 EP 2156951B1
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Definitions
- the invention relates to a heatable roller according to the preamble of claim 1 and to a method for producing such a roller according to the preamble of claim 15.
- printing presses and converter machines for the transport and further processing of web-shaped or sheet-like material have a number of different rollers, such as pressure rollers, ink rollers, counter-pressure rollers or deflection rollers.
- the diameters of such rolls vary from a few centimeters in diameter, for example in deflection rolls up to about 500 mm in diameter, or more in pressure rolls or inking rolls or counter-pressure rolls.
- rollers in particular pressure rollers and ink rollers, in particular of sheet-fed presses in recesses of the lateral surface devices for holding and / or clamping of sheets, Drucktüchem or clichés, whereby at least the wall thickness of the roller must be reinforced in this area in total to the said devices in take a way that they can not protrude beyond the lateral surface of the roller or only in certain rotational angle ranges of the roller, for which the said devices are driven by a corresponding control.
- Such devices may for example also represent gripper elements, eg. on a transfer drum, whereby the sheets to be printed or already printed are transported in a sheet-fed printing press from a printing unit to a subsequent processing station.
- gripper elements eg. on a transfer drum
- Such devices may for example also represent gripper elements, eg. on a transfer drum, whereby the sheets to be printed or already printed are transported in a sheet-fed printing press from a printing unit to a subsequent processing station.
- gripper elements for example, in a recess of the lateral surface parallel to the axis of rotation of the roller a number of gripper elements are movably arranged, which, for example, within a certain rotational angle range of the roller from its recess, for example via a cam controlled, moved out, so that a sheet leading edge can be detected by means of the gripper elements and, for example, the sheet are thereby removed from a previous printing unit or a feed unit and can be fed to a subsequent printing unit.
- the wall of the roller must be reinforced at least in this area, in particular in order to be able to meet the required accuracies, for example positioning accuracies. If such rolls are made of solid and dimensionally stable steel, as is generally the case, then such rolls - as already mentioned - have a high weight and a high mass inertia, which requires powerful drives.
- a disadvantage of the use of said roller body of the known type is further that when replacing such rollers, for example, to perform a format change, these can be difficult to change with appropriate lifting equipment and with increased expenditure of time due to their high weight, whereby the downtime of the printing machine crucial is extended.
- DE 10 2004 055 833 A1 is a roll of a printing press with an outer, a surface of the roll forming tubular shell and a shell enclosed by the tubular shell of a metal foam, wherein the core of the foamed material is tubular and wherein within the core, a further tube is arranged , Optionally, a groove is introduced as a flow channel in the metal foam.
- a roll of a printing press which has at least one roll body which has at least one inner element that at least partially consists of a foamed metal.
- the roller has a channel.
- the object of the invention is therefore to provide a roller body and / or a roller, which has a significantly reduced weight and thus a significantly reduced torque and moment of inertia.
- the object of the invention is also to provide a roller which can have a high concentricity and dimensional stability.
- the object of the invention is also to provide a roller which can be tempered in a simple and familiar manner by means of a cooling liquid.
- the object of the invention is also to provide a roller body or a roller, which may have in its lateral surface recesses for receiving movably mounted elements.
- the object of the invention is also to provide a method for producing such rolls.
- a structure may be such that the roller body of a roller comprises an outer hollow cylinder in which coaxially to this at least one stiffening element is arranged, which is at least partially formed of a foamed metal and at least partially contacted with its outer surface, the inner surface of the hollow cylinder ,
- the outer hollow cylinder substantially serves to form a smooth closed surface, whereas the inner coaxially located in the outer hollow cylinder stiffening element provides the mechanical strength.
- a coaxial layer structure of at least two bodies arranged inside one another for example of at least one inner body and one outer body, wherein the at least one inner body at least partially comprises a foamed metal and can therefore be manufactured very easily in relation to its volume and nevertheless has high stability and wherein the outer body is substantially a metal sleeve, which can be very thin compared to the prior art known in the art hollow cylinder assemblies, since it is supported from the inside by the stiffening element. For this reason, the wall thickness of the outer hollow cylinder can be kept thinner than the wall thickness of the stiffening element.
- the metal sleeve can be made of a solid metal.
- the at least one inner reinforcing element for example, as a cylinder consisting entirely of a metal foam, in particular a hollow cylinder.
- a metal foam in particular a hollow cylinder.
- the outer preferably fully metallic hollow cylinder is completely filled with a metal foam, in the embodiment as a hollow cylinder only in one of the inner wall near range.
- the stiffening element comprises a respective coaxial with each other and at least partially, preferably completely made of a metal foam hollow cylinder, each between two consisting of a metal foam hollow cylinders made of a solid metal hollow cylinder can be arranged, said the respective inner and outer surfaces of adjacent hollow cylinders contact each other at least in regions, so that a radial sandwich structure results from a plurality of coaxially arranged cylindrical metal foam elements with interposed full metal sleeves.
- the opposing inner and outer surfaces of these metal foam hollow cylinder can contact at least partially even without interposed solid metal hollow cylinder, especially if it is metal foam cylinder made of different metals.
- the most radially inner element is formed as a support member which, for. may be formed by a solid or a hollow cylinder preferably made of a solid metal. If a stiffening element made of only one metal foam hollow cylinder is provided, then such a support element contacts and supports this stiffening element directly and directly from the inside.
- the at least one coaxial stiffening element may further be provided to carry out the at least one coaxial stiffening element, for example, as a cylinder made entirely of metal foam or hollow cylinder, which in addition to its foam pores has regularly or irregularly arranged cavities.
- a stiffening element with a plurality of coaxial metal foam hollow cylinders lying one inside the other.
- an inner stiffening element may have a wall thickness which is 2 to 10 times thicker than the wall thickness of the outer hollow cylinder.
- At least one coaxially arranged inside the outer hollow cylinder stiffening element as an axial stack or axial sequential arrangement of cylindrical or hollow cylindrical discs of a foamed metal, in particular wherein the discs are arranged axially spaced along the roll axis.
- This can e.g. be realized by an axially spaced series of discs of metal foam, which are mounted at a distance on a cylindrical or hollow cylindrical support member, e.g. cohesively.
- the radially outer edge of these discs may be designed open-pore or wear a full metallic sleeve.
- this series arrangement can be realized by a cylinder or hollow cylinder made of metal foam, in which a plurality of axially spaced circumferential grooves of a certain width are introduced, e.g. by turning, so that is defined by the groove widths, the distance and the width of the discs.
- stiffening element of two or more coaxially matingly arranged hollow cylinders with different diameters, which are preferably made of solid metal and the intermediate region is each foamed with a metal, so that a sandwich construction results with at least one core of foamed Metal and respective inner and outer, in particular thin-walled cylinder sleeves.
- this stiffening element can be subsequently provided with circumferential grooves, for example by unscrewing, with an above construction results with successively spaced discs, the radially outer edge each carries a fully metallic sleeve.
- Such a stiffening element can thus be used for all mentioned embodiments, in particular also to form spaced-apart disks of the aforementioned type.
- all rings axially separated outer hollow cylinder or sleeves, core portions of metal foam and a common carrier cylinder or carrier cylinder.
- the outer or inner diameter of the mutually coaxial or concentric lying elements each adapt to each other, in particular form-fitting, so that there is no or only a minimal gap when joining.
- the outer hollow cylinder is preferably designed as a particularly thin-walled hollow cylinder whose inner diameter substantially corresponds to the outer diameter of the outermost of the inner stiffening elements.
- the outer hollow cylinder in particular as an at least substantially thin-walled hollow cylinder, such that its wall is formed on at least one region parallel to the roll axis such that a recess for receiving additional elements, for example fastening devices for printing plates or blankets , is formed, in particular whereby the inner circumferential surface of the hollow cylinder has an irregular shape and in particular has a different shape from a circular cross-section.
- the outer shape of the stiffening element of the inner shape of the outermost hollow cylinder it is provided to adapt the outer shape of the stiffening element of the inner shape of the outermost hollow cylinder.
- a material for the inner at least partially foamed stiffening elements may preferably be a foamed light metal or a foamed metal alloy, in particular a foamed light metal alloy, for example of aluminum or magnesium or their alloys may be used.
- the outer hollow cylinder may already include at least one aforementioned recess and wherein the extruded profile may have, for example, additional stiffening elements, in particular stiffening ribs on its inner wall.
- a foam structure of a foamed metal forms a rigid and dimensionally stable in themselves construction and comprises, for example, when using aluminum has an average density of only 0.4 g / cm 3 to 0.6g / cm 3, thereby maintaining the shape stability and stiffness a significant weight reduction of the roller is effected.
- metal foams may have an open-pored structure. It is thus intended to flow through at least one hollow cylinder of the sandwich structure of such an open-pore metal foam with a fluid for temperature control, in particular for the purpose of cooling with a cooling liquid to flow through. In this way, effective cooling, in particular of the roll surface of the roll, can be achieved.
- the open-pore structure has the following property: within a volume flowed through and / or permeable by temperature-control fluid, which lies inside the roller, there is a closed path, which in the mathematical sense is not simply connected, whose length is smaller than 0.5 cm.
- a closed, simply connected path is a closed path that can be contracted to a single point. In this case, a simply connected path would have to contract to one point, without even a part of the path ever leaving the volume through which flowed through and / or flowed through or through the metallic framework.
- the use of the metal foam also has the advantage that metals and in particular light metals such as aluminum are known to have a high thermal conductivity, whereby a heat transfer, for example, from the lateral surface of such a roller can be made particularly effective in the cooling liquid. It is also possible, for example for the production of such a roller to produce the sheath body in a first step as a particularly thin-walled tube or as a particularly thin-walled tubular extruded profile, for example, the necessary recesses for gripper elements or holding devices in the lateral surface are already incorporated into the profile.
- corresponding shape-matched sandwich elements are then introduced into the interior of the sheath body and connected thereto, for example glued or welded or soldered thereto, resulting in a dimensionally stable and rigid construction.
- a tempering fluid is introduced into an open-pored structure of the metal foam, which later flows through the open-pore structure for purposes of tempering and also flows out of the roll and / or into the roll.
- a plurality of coaxially fitted hollow cylinder layers of a stiffening element may be provided, which respectively comprise at least partially metal foam or are formed entirely of metal foam, wherein at least one of the coaxial layers is used to supply a Temper michsfluid and optionally at least one other layer is used to remove the Temper michsfluid again.
- Such fluid-flow or through-flowable metal foam layers can preferably be separated from one another by full-metal hollow cylinders and / or by a metal foam layer which can not flow through them.
- an air-filled metal foam layer or stiffening element is arranged between two layers or stiffening elements which serve as a return for the fluid, since the air cushion present in the metal foam intermediate layer additionally acts as a heat insulator can act, whereby a thermal short circuit between the flow and return of the fluid, in particular the cooling liquid can be effectively prevented.
- FIGS. 1 a and 1 b show a cross section and a schematic perspective cross section of a roller 1 of the known type.
- the roller 1 In this case, for example, consists of a roller body 2 designed as a hollow cylinder, which has a cover surface 4 with a bearing journal 3 at its front-side ends.
- the roller body 3 is designed as a thick-walled hollow cylinder with a wall thickness in the range of about 30 mm to 60 mm, so that in the circumferential surface 6 of the roller body 3 additional elements not shown, such as fasteners, clamping elements or gripper elements can be incorporated without the stability of the entire roller 1 significantly affect.
- the bearing journals 3 can furthermore each be made hollow, whereby the possibility is created, for example, to guide a cooling liquid into the interior 5 of the roll and to pass it through the roll 1, whereby the roll can be tempered.
- the roller 10 here comprises, for example, a particularly thin-walled hollow cylinder 11, whose lateral surface 12 can be further finished depending on the intended use of the roller, for example, be polished or carry auxiliary markings for clichés to be adhered can or something similar.
- Thin-walled here means at least thinner than in comparison to the hollow cylinder according to the prior art and in particular with a wall thickness in a range of 2 to 15 mm, preferably 3 mm to 10 mm.
- a stiffening element 20 which is also embodied, for example, essentially as a hollow cylinder, is furthermore introduced in the interior of the roller 10 such that its outer diameter corresponds exactly to the inner diameter of the outer hollow cylinder 11.
- the stiffening element 20 made of a foamed metal, such as a light metal, such as aluminum or magnesium or an alloy of metals, in particular light metals. Due to its internal structure, the foamed metal structure has a high rigidity and dimensional stability and at the same time has an average density of only 0.5 g / cm 3, for example when using aluminum as the material.
- a foamed metal such as a light metal, such as aluminum or magnesium or an alloy of metals, in particular light metals. Due to its internal structure, the foamed metal structure has a high rigidity and dimensional stability and at the same time has an average density of only 0.5 g / cm 3, for example when using aluminum as the material.
- an inner coaxial stiffening element 20 is provided from a metal foam, which rests with its inner wall precisely on a support member 30 which is formed as a solid or preferably as a hollow cylinder and thereby creating a whole cylindrical sandwich structure which forms a metal foam Core.
- the inventive construction of the roller 10, it is possible to significantly reduce the total weight of the roller without affecting the mechanical properties such as rigidity or dimensional stability, for example by the Wall thickness of the outer cylinder 11 is reduced and is in a range of, for example, 3mm to 10mm.
- FIGS. 3a, 3b show the FIGS. 3a, 3b .
- the figures show a cross section or a schematic perspective cross section of a second roller 10 according to the invention.
- the sandwich structure of the roller 10 comprises an outer hollow cylinder 11 and a support member 30 between which a stiffening member 20 is inserted and is substantially similar to the previous embodiment, with the difference that the stiffening member 20 is formed from at least two individual stiffening disks 21, which are spaced apart by a distance 22 in the axial direction.
- the stiffening disks 21 are in this case designed in each case as a hollow cylinder consisting of a foamed metal, wherein the respective inner and outer circumferential surfaces is adapted to the adjacent inner surface or outer surface of the outer cylinder 11 and the inner support member 30 and, for example, in each case connected thereto, in particular cohesively, for example, by welding, soldering, gluing or the like.
- the axial length of the respective stiffening disks 21 and their respective axial spacing 22 relative to one another may be the same or different in each case, whereby the possibility is created of creating regions with different mechanical properties, such as rigidity or dimensional stability, along the axis of the roller 10.
- FIGS. 4a, 4b schematically shown as a cross section and as a schematic perspective cross section that the outer hollow cylinder 11 has at least one area for receiving fasteners for example, pressure plates and / or adjusting or gripper elements.
- the hollow cylinder 11 in certain areas parallel to the cylinder axis inside, in particular radially into the interior of the hollow cylinder 11 facing thickenings 16, in which the desired fasteners or mounting holes, etc. 17 are introduced.
- the outer shape of the stiffening element 20 and the stiffening rings 21 is adapted, so that in turn a positive engagement between the lateral surface of the stiffening element 20 / the stiffening disks 21 and the inner surface of the cylinder 11 is given.
- the FIGS. 4a and 4b show here in the lateral surface of the stiffening element 20 in the axial direction extending groove 23 which is adapted in shape to the inner thickening 16 of the outer hollow cylinder.
- the foam structure of the foamed metal of the stiffening element 20 or the stiffening disks 21 is preferably open-pored, this is also preferably permeable to, for example, gases such as air or also to cooling liquids such as water.
- the thus formed hollow body 31 is in this case held axially shorter to the respective ends of the roller 10 than the axial inner dimension of the outer hollow cylinder 11, whereby at the respective ends of the roller 10 between the cover surfaces 14 and the body 31 cavities 42a, 42b are formed.
- the cavities 42a, 42b are connected on the one hand to the respective bearing pins 13 connected to the cover surfaces 14 and hollow, and on the other hand to the stiffening element 20 formed of open-pored metal foam.
- the length of the stiffening element 20 may be the same length as the body 31 or correspond to the axial inner dimension of the cylinder 11. This makes it possible, via a first bearing pin acting as an inlet 40 13 to guide a cooling liquid in the direction of the arrows 100 through the bearing pin 13, the corresponding cavity 42a through the metallic foam consisting of stiffening element 20 and the cavity 42b and the return 41 of the cooling liquid to lead over the opposite bearing pin 13.
- both journals can each serve to supply and / or the discharge of Temper michsfluid.
- FIG. 6 shows an embodiment of a roller 10 according to the invention, which substantially the in FIG. 5 described embodiment corresponds with the difference that the volume 15 is also filled with a metal foam, whereby a further increased dimensional stability and rigidity of the roller 10 can be achieved without significantly increasing their overall weight.
- FIG. 7 An embodiment of a roller 10 according to the invention FIG. 7 , which are essentially those in FIG. 5 described embodiment corresponds with the difference that the closed body 31 of the FIG. 5 in turn is built in a sandwich structure.
- the according to FIG. 7 closed body 33 in this case comprises the carrier element 30, which is designed, for example, as a particularly thin-walled hollow cylinder, in the interior of which a stiffening element 24 made of a foamed metal is co-accurately inserted in register.
- the adjacent walls can be connected to each other in the same way, in particular cohesively, for example by welding, soldering or gluing or the like.
- the stiffening element 24 may in this case be designed essentially as a hollow cylinder and its inner circumferential surface rest on a further carrier element 32 in register and be connected thereto.
- the closed body 33 thus formed with the respective end pieces 43a, 43b has a structure of this kind Furthermore, increased rigidity and dimensional stability, without significantly increasing the overall weight of the roller 10.
- the opposite bearing pin 13a has in its bore 13c coaxially disposed therein tube 13d with a smaller diameter than the bore 13c.
- the tube 13d is further tightly connected at its end located inside the roller to the opening 44a of the end piece 43a.
- an inlet 40 with, for example, an annular cross-section and a return 41 with, for example, a circular cross-section, is formed in the journal 13a, via which the roller 10 can be charged with a coolant, or vice versa.
- the cooling liquid initially passes along the arrow directions 100 via the inlet 40 into the cavity 42a and then flows through the stiffening element 20 consisting of open-pored metal foam, as a result of which the outer jacket surface of the cylinder 11 is effectively tempered.
- the cooling liquid passes into the cavity 42b and via the opening 44b located in the end piece 43b into the cavity 15 and from there via the opening 44a into the tube 13d, which thus forms the return 41.
- the carrier element 32 thick-walled or made of a different material to meet the requirements of the cooling liquid or the changed during operation of the roller with coolant pressure conditions.
- the openings 44a, 44b are introduced into the end pieces 43a, 43b such that the frontal regions of the stiffening element 24 are guided by the end pieces 43a, 443b are covered and sealed, whereby the air contained in the interior of the metal foam of the stiffening element 24 is enclosed and whereby the sandwich structure thus formed substantially acts as a heat insulator.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine temperierbare Walze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Walze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
- Druckmaschinen und Konvertermaschinen zum Transport und zur Weiterverarbeitung von bahnförmigem oder bogenförmigem Material weisen je nach technischer Ausführung eine Reihe unterschiedlicher Walzen auf, wie beispielsweise Druckwalzen, Farbwalzen, Gegendruckwalzen oder Umlenkwalzen.
- Entsprechend der jeweiligen Funktion der dabei zum Einsatz kommenden Walze variieren beispielsweise die Durchmesser solcher Walzen von wenigen Zentimetern Durchmesser, beispielsweise bei Umlenkwalzen bis zu etwa 500 mm Durchmesser, oder mehr bei Druckwalzen oder Einfärbewalzen oder Gegendruckwalzen.
- Während reine Umlenkwalzen mit geringem Durchmesser meist aus einem gedrehten und/oder geschliffenem Metallrohr, beispielsweise einem Aluminiumrohr oder aus einem Vollmaterial beispielsweise aus Aluminium bestehen, werden Walzen mit größerem Durchmesser wie Druckwalzen in der Regel aus Stahl hergestellt und bestehen meist aus einem Hohlzylinder, an dessen Enden entsprechende Wellenstücke mit Lagerzapfen angeflanscht sind.
- Der Grund hierfür ist zum Einen eine Gewichtsersparnis im Vergleich zu einem Vollzylinder und zum Anderen werden diese Zylinder häufig temperiert betrieben, indem eine Kühlflüssigkeit durch das Innere der Zylinder geleitet wird.
- Aufgrund der für den Produktionsprozess erforderlichen mechanischen Genauigkeiten hinsichtlich Rundlauf, Durchbiegung, Unwucht etc. kann hierbei eine bestimmte Mindestdicke der Zylinderwand nicht unterschritten werden, so dass die Walzen trotz ihres hohlen Aufbaus ein erhebliches Gewicht von teilweise mehreren hundert Kilogramm aufweisen.
- Darüber hinaus ist aufgrund des Aufbaus dieser Walzen die Massenverteilung nahezu ausschließlich im Mantelbereich der Walze gegeben, was beim Betrieb der Walzen zu einem erheblichen Drehmoment und Trägheitsmoment der Walze führt, so dass zum Einen die Antriebe für die Walzen entsprechend stark ausgelegt sein müssen und zum Anderen das dynamische Verhalten solcher Walzen bei einer Laständerung und / oder Geschwindigkeitsänderung unbefriedigend ist.
- Darüber hinaus weisen Walzen, insbesondere Druckwalzen und Farbwalzen insbesondere von Bogendruckmaschinen in Ausnehmungen der Mantelfläche Vorrichtungen zum Festhalten und / oder Spannen von Bögen, Drucktüchem oder Klischees auf, wodurch zumindest die Wandstärke der Walze in diesem Bereich insgesamt verstärkt sein muss, um die genannten Vorrichtungen in einer Art aufzunehmen, dass diese nicht oder nur in bestimmten Drehwinkelbereichen der Walze über die Mantelfläche der Walze hinausragen können, wofür die genannten Vorrichtungen über eine entsprechende Steuerung angetrieben sind.
- Solche Vorrichtungen können beispielsweise auch Greiferelemente darstellen, z-B. an einer Übergabetrommel, wodurch die zu bedruckenden oder bereits bedruckte Bögen in einer Bogendruckmaschine von einem Druckwerk zu einer nachfolgenden Bearbeitungsstation transportiert werden. Hierzu sind beispielsweise in einer Ausnehmung der Mantelfläche parallel zur Drehachse der Walze eine Anzahl Greiferelemente beweglich angeordnet, welche beispielsweise innerhalb eines bestimmten Drehwinkelbereiches der Walze aus ihrer Ausnehmung, beispielsweise über eine Kurvenscheibe gesteuert, herausbewegt werden, so dass eine Bogenvorderkante mittels der Greiferelemente erfasst werden kann und beispielsweise der Bogen hierdurch aus einem vorangehenden Druckwerk oder einer Zuführeinheit entnommen werden und einem nachfolgenden Druckwerk zugeführt werden kann.
- Zur Aufnahme und zur mechanischen Steuerung solcher beweglich gelagerten Elemente muss die Wandung der Walze zumindest in diesem Bereich verstärkt sein, insbesondere um die erforderlichen Genauigkeiten beispielsweise Positioniergenauigkeiten einhalten zu können. Werden solche Walzen wie allgemein üblich aus festem und formstabilen Stahl hergestellt, so weisen solche Walzen - wie bereits genannt - ein hohes Gewicht und eine hohe Massenträgheit auf, was leistungsfähige Antriebe erfordert.
- Nachteilig bei der Verwendung der genannten Walzenkörper der bekannten Art ist weiterhin, dass bei einem Austausch solcher Walzen, beispielsweise um einen Formatwechsel durchzuführen, diese aufgrund ihres hohen Gewichts nur schwierig mit entsprechenden Hebeeinrichtungen und mit erhöhtem Zeitaufwand gewechselt werden können, wodurch die Stillstandszeit der Druckmaschine entscheidend verlängert wird.
- Darüber hinaus ergeben sich beim Einsatz solcher masseträgen, schweren Walzen nicht unerhebliche Sicherheitsprobleme, insbesondere im Fall eines Not-Stopps, da schwere, massenträge Walzen nur äußerst schwer und mit aufwendigen Mitteln in kürzester Zeit gestoppt werden können.
- Durch die
DE 10 2004 055 833 A1 ist eine Walze einer Druckmaschine mit einem äußeren, eine Oberfläche der Walze bildenden, rohrförmigen Mantel und einem von dem rohrförmigen Mantel umschlossenen Kern aus einem Metallschaum bekannt, wobei der Kern aus dem geschäumten Werkstoff rohrförmig ausgebildet ist und wobei innerhalb des Kerns ein weiteres Rohr angeordnet ist. Optional ist eine Nut als Strömungskanal in den Metallschaum eingebracht. - Durch die
EP 1 577 091 A2 ist eine Walze einer Druckmaschine bekannt, die zumindest einen Walzenkörper aufweist, der zumindest ein inneres Element aufweist, das wenigstens teilweise aus einem geschäumten Metall besteht. Die Walze weist einen Kanal auf. - Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Walzenkörper und/oder eine Walze bereitzustellen, welche ein wesentlich verringertes Gewicht und damit ein wesentlich verringertes Drehmoment und Trägheitsmoment aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine Walze bereitzustellen, welche eine hohe Rundlaufgenauigkeit und Formstabilität aufweisen kann. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine Walze bereitzustellen, welche in einfacher und gewohnter Weise mittels einer Kühlflüssigkeit temperiert werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, einen Walzenkörper oder eine Walze bereitzustellen, welche in ihrer Mantelfläche Ausnehmungen zur Aufnahme von beweglich gelagerten Elementen aufweisen kann. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Verfahren zur Herstellung solcher Walzen bereitzustellen.
- Gelöst werden die Aufgaben durch eine Walze oder Zylinder gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15. Weitere Ausführungen werden den abhängigen Ansprüchen genommen.
- Beispielsweise kann ein Aufbau derart sein, dass der Walzenkörper einer Walze einen äußeren Hohlzylinder umfasst, in welchem koaxial zu diesem wenigstens ein Versteifungselement angeordnet ist, welches zumindest teilweise aus einem geschäumten Metall ausgebildet ist und mit seiner äußeren Oberfläche die innere Oberfläche des Hohlzylinder zumindest bereichsweise kontaktiert. So dient der äußere Hohlzylinder im Wesentlichen dazu eine glatte geschlossene Oberfläche zu bilden, wohingegen das innere koaxial in dem äußeren Hohlzylinder liegende Versteifungselement für die mechanische Festigkeit sorgt.
- So ergibt sich ein koaxialer Schichtaufbau von wenigstens zwei ineinander angeordneten Körpern, beispielsweise aus wenigstens einem inneren Körper und einem äußeren Körper, wobei der wenigstens eine innere Körper zumindest teilweise ein geschäumtes Metall umfasst und daher bezogen auf sein Volumen sehr leicht gefertigt werden kann und trotzdem ein hohe Stabilität aufweist und wobei der äußere Körper im Wesentlichen eine Metallhülse darstellt, die gegenüber bisherigen im Stand der Technik bekannten Hohlzylinderaufbauten sehr dünn ausgeführt ein kann, da sie von innen durch das Versteifungselement gestützt ist. Aus diesem Grund kann die Wandstärke des äußeren Hohlzylinders dünner gehalten werden als die Wandstärke des Versteifungselements Beispielsweise kann die Metallhülse aus einem Vollmetall bestehen.
- Es kann dabei in einer Ausführung vorgesehen sein, das wenigstens eine innere Versteifungselement beispielsweise als einen vollständig aus einem Metallschaum bestehenden Zylinder, insbesondere Hohlzylinder auszuführen. Bei der Ausführung als Zylinder wird somit der äußere bevorzugt vollmetallische Hohlzylinder vollständig mit einem Metallschaum gefüllt, bei der Ausführung als Hohlzylinder nur in einem der inneren Wandung nahen Bereich.
- Bei einer anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass das Versteifungselement mehrere jeweils koaxial ineinanderliegende und zumindest teilweise, bevorzugt vollständig aus einem Metallschaum bestehende Hohlzylinder umfasst, wobei jeweils zwischen zwei aus einem Metallschaum bestehenden Hohlzylindern ein aus einem Vollmetall gefertigter Hohlzylinder angeordnet sein kann, wobei sich die jeweiligen inneren und äußeren Oberflächen benachbarter Hohlzylinder zumindest bereichsweise kontaktieren, so dass sich ein radialer Sandwichaufbau aus mehreren koaxial ineinander angeordneten zylindrischen Metallschaum-Elementen mit zwischengefügten Vollmetallhülsen ergibt. Die einander gegenüberliegenden inneren und äußeren Oberflächen dieser Metallschaum-Hohlzylinder können sich auch ohne zwischengefügte Vollmetall-Hohlzylinder zumindest bereichsweise kontaktieren, insbesondere, wenn es sich um Metallschaum-Zylinder aus verschiedenen Metallen handelt.
- In einer Ausführung kann es dabei vorgesehen sein, dass unabhängig von der Anzahl der Metallschaum-Hohlzylinder - also auch bei einem Versteifungselement aus nur einem Metallschaum-Hohlzylinder - das am weitesten radial innenliegende Element als ein Trägerelement ausgebildet ist, welches z.B. durch einen Voll- oder auch einen Hohlzylinder bevorzugt aus einem Vollmetall gebildet sein kann. Ist ein Versteifungselement aus nur einem Metallschaum-Hohlzylinder vorgesehen, so kontaktiert und stützt ein solches Trägerelement dieses eine Versteifungselement direkt und unmittelbar von innen.
- Es kann dabei weiterhin vorgesehen sein, das wenigstens eine koaxiale Versteifungselement beispielsweise als einen vollständig aus Metallschaum bestehenden Zylinder oder Hohlzylinder auszuführen, welcher zusätzlich zu seinen Schaumporen regelmäßig oder unregelmäßig angeordnete Hohlräume aufweist. Eine solche Ausführung kann auch bei einem Versteifungselement mit mehreren koaxial ineinander liegenden Metallschaum-Hohlzylindern gegeben sein.
- Bei der Ausbildung des wenigstens einen inneren Versteifungselementes kann es weiterhin vorgesehen sein, dieses als dickwandigen Hohlzylinder bestehend aus einem geschäumten Metall auszuführen, wobei hier die Dickwandigkeit relativ zum äußeren Hohlzylinder zu sehen ist. Bevorzugt kann ein inneres Versteifungselement ein Wandstärke aufweisen, die 2 bis 10 mal dicker ist, als die Wandstärke des äußeren Hohlzylinders.
- In einer anderen Ausführung kann es vorgesehen sein, dass wenigstens eine koaxial innen zum äußeren Hohlzylinder angeordnete Versteifungselement auszubilden als einen axialen Stapel oder axiale Hintereinanderanordnung von zylinderförmigen oder hohlzylinderförmigen Scheiben aus einem geschäumten Metall, insbesondere wobei die Scheiben voneinander axial entlang der Walzenachse beabstandet angeordnet sind.
- Dies kann z.B. realisiert sein durch eine axiale mit Abstand ausgebildete Hintereinanderanordnung von Scheiben aus Metallschaum, die in einem Abstand auf einem zylindrischen oder hohlzylindrischen Trägerelement befestigt sind, z.B. stoffschlüssig. Der radial außen liegende Rand dieser Scheiben kann offenporig ausgestaltet sein oder eine vollmetallische Hülse tragen.
- Alternativ kann diese Hintereinanderanordnung realisiert sein durch einen Zylinder oder Hohlzylinder aus Metallschaum, in den mehrere axial beabstandete umlaufende Nute einer bestimmten Breite eingebracht sind, z.B. durch Ausdrehen, so dass durch die Nutbreiten der Abstand und die Breite der Scheiben definiert ist.
- Es kann weiterhin auch vorgesehen sein, ein Versteifungselement auszubilden aus zwei oder mehreren koaxial ineinander passgenau angeordneten Hohlzylindern mit unterschiedlichen Durchmessern, die bevorzugt aus Vollmetall bestehen und deren Zwischenbereich jeweils mit einem Metall ausgeschäumt ist, so dass sich eine Sandwichbauweise ergibt mit wenigstens einem Kern aus geschäumten Metall und jeweiligen inneren und äußeren, insbesondere dünnwandigen Zylinderhülsen. Auch dieses Versteifungselement kann nachträglich mit umlaufenden Nuten, z.B. durch Ausdrehen versehen werden, wobei sich eine obengenannte Konstruktion ergibt mit hintereinander im Abstand angeordneter Scheiben, deren radial aussen liegender Rand jeweils eine vollmetallische Hülse trägt.
- Ein solches Versteifungselement kann somit für alle genannten Ausführungsformen eingesetzt werden, insbesondere auch um beabstandete Scheiben der eingangs genannten Art zu bilden. Dabei können in einer Ausführung auch alle Ringe axial separierte äußere Hohlzylinder bzw. -hülsen aufweisen, Kernbereiche aus Metallschaum und einen gemeinsamen Trägerzylinder oder Trägerhohlzylinder.
- Es ist bevorzugt vorgesehen, dass den äußeren beziehungsweise inneren Durchmesser der zueinander koaxial bzw. konzentrisch liegenden Elemente, wie äußerer Hohlzylinder, Versteifungselement und Trägerelemente jeweils einander anzupassen, insbesondere formschlüssig, so dass sich beim Ineinanderfügen kein oder nur ein minimaler Spalt ergibt. So wird bevorzugt der äußere Hohlzylinder als insbesondere dünnwandiger Hohlzylinder ausgeführt, dessen innerer Durchmesser im Wesentlichen dem äußeren Durchmesser des Äußersten der inneren Versteifungselemente entspricht.
- Es kann weiterhin vorgesehen sein, den äußeren Hohlzylinder, insbesondere als zumindest im Wesentlichen dünnwandigen Hohlzylinder so auszuführen, dass dessen Wandung an wenigstens einem parallel zur Walzenachse verlaufenden Bereich so ausgeformt ist, dass eine Ausnehmung zur Aufnahme von zusätzlichen Elementen, beispielsweise Befestigungsvorrichtungen für Druckplatten oder Gummitücher, gebildet ist, insbesondere wodurch die innere Mantelfläche des Hohlzylinders eine unregelmäßige Form aufweist und insbesondere eine von einem Kreisquerschnitt abweichende Form aufweist. In einem solchen Fall ist es vorgesehen, die äußere Form des Versteifungselementes der inneren Form des äußersten Hohlzylinders anzupassen.
- Als Material für die inneren zumindest zum Teil geschäumten Versteifungselemente kann bevorzugt ein geschäumtes Leichtmetall oder eine geschäumte Metalllegierung, insbesondere eine geschäumte Leichtmetalllegierung, beispielsweise aus Aluminium oder Magnesium oder deren Legierungen verwendet werden.
- Es kann weiterhin vorgesehen sein, zumindest den äußeren Hohlzylinder als Strangpressprofil auszuführen, insbesondere wobei das Strangpressprofil die wenigstens eine zuvor genannte Ausnehmung bereits beinhalten kann und wobei das Strangpressprofil beispielsweise zusätzliche Versteifungselemente, insbesondere Versteifungsrippen an seiner Innenwandung aufweisen kann.
- Die Verwendung von Metallschaum als Konstruktionswerkstoff bietet hierbei eine Reihe von Vorteilen. So bildet eine Schaumstruktur eines geschäumten Metalls eine steife und in sich formstabile Konstruktion und weist beispielsweise bei Verwendung von Aluminium eine mittlere Dichte von nur 0,4 g/cm3 bis 0,6g/cm3 auf, wodurch unter Beibehaltung der Formstabilität und der Steifigkeit eine erhebliche Gewichtsreduzierung der Walze bewirkt wird. Darüber hinaus können solche Metallschäume eine offenporige Struktur aufweisen. Es ist somit vorgesehen, wenigstens einen Hohlzylinder der Sandwichstruktur aus einem solchen offenporigen Metallschaum mit einem Fluid zur Temperierung zu durchströmen, insbesondere zum Zweck der Kühlung mit einer Kühlflüssigkeit zu durchströmen. So kann hierdurch eine effektive Kühlung insbesondere der Walzenoberfläche der Walze bewirkt werden.
- Unter einer Walze einer Druck- und/oder Konverter- und/oder Lackiermaschine ist in dieser Anmeldung ebenfalls ein Zylinder einer Druck- und/oder Konverter- und/oder Lackiermaschine zu verstehen. Der Einfachheit halber wird aber jeweils nur der Begriff der Walze verwendet, ohne die Bedeutung darauf zu beschränken.
- Wenn im Vorangegangenen oder im Folgenden die Rede davon ist, dass eine Schicht oder ein Zylinder oder ein Hohlzylinder oder ähnliches von einem Fluid durchströmt wird, dann strömt das Fluid durch die offenporige Struktur des offenporigen geschäumten Metalls und nicht einfach nur durch eine Nut, die in ein solches Material zusätzlich eingebracht ist. Im Unterschied zu einem geschlossenporigen Schaum, in den eine Nut gefräst wird, wodurch manche geschlossenen Poren teilweise geöffnet werden, die dann unter Umständen ebenfalls als durchströmbar bezeichnet werden könnten, sind bei der hier beschriebenen offenporigen Struktur mehr als 40 %, zur weiteren Verbesserung der temperierenden Eigenschaften bevorzugt sogar mehr als 75 % der Poren offen und durchströmt und/oder durchströmbar.
- Weiterhin weist die offenporige Struktur folgende Eigenschaft auf: innerhalb eines von Temperierungsfluid durchströmten und/oder durchströmbaren Volumens, das innerhalb der Walze liegt, existiert ein geschlossener und im mathematischen Sinn nicht einfach zusammenhängender Weg, dessen Länge kleiner ist als 0,5 cm. Dabei ist ein geschlossener, einfach zusammenhängender Weg ein geschlossener Weg, der sich auf einen einzigen Punkt zusammenziehen lässt. In diesem Fall müsste ein einfach zusammenhängender Weg sich auf einen Punkt zusammenziehen lassen, ohne dass auch nur ein Teil des Wegs jemals das durchströmte und/oder durchströmbare Volumen verlässt bzw. durch das metallische Gerüst verläuft.
- Die Verwendung vom Metallschaum weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass Metalle und insbesondere Leichtmetalle wie beispielsweise Aluminium bekanntermaßen eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wodurch ein Wärmetransport beispielsweise von der Mantelfläche einer solchen Walze in die Kühlflüssigkeit besonders effektiv erfolgen kann. Es ist hierbei ebenfalls möglich, beispielsweise für die Herstellung einer solchen Walze den Mantelkörper in einem ersten Schritt als insbesondere dünnwandiges Rohr oder als insbesondere dünnwandiges rohrförmiges Strangpressprofil herzustellen, wobei beispielsweise die erforderlichen Ausnehmungen für Greiferelemente oder Halteeinrichtungen in der Mantelfläche bereits in das Profil eingearbeitet sind.
- In einem nachfolgenden Schritt werden dann beispielsweise entsprechende formangepasste Sandwichelemente in das Innere des Mantelkörpers eingebracht und mit diesem verbunden, beispielsweise mit diesem verklebt oder verschweißt oder verlötet, wodurch sich eine in sich formstabile und steife Konstruktion ergibt.
- In einem späteren Schritt wird ein Temperierungsfluid in eine offenporige Struktur des Metallschaums eingefüllt, das später zu Temperierungszwecken die offenporige Struktur durchströmt und dabei auch aus der Walz heraus und/oder in die Walze hinein strömt.
- In einer bevorzugten Weiterbildung können mehrere ineinander koaxial eingepasste Hohlzylinderschichten eines Versteifungselements vorgesehen sein, die jeweils zumindest teilweise Metallschaum umfassen oder vollständig aus Metallschaum ausgebildet sind, wobei zumindest eine der koaxialen Schichten genutzt ist, um ein Temperierungsfluid zuzuführen und gegebenenfalls wenigstens eine andere Schicht genutzt ist, um das Temperierungsfluid wieder abzuführen. Solche von Fluid durchströmten oder durchströmbaren Metallschaumschichten können bevorzugt durch vollmetallische Hohlzylinder voneinander und/oder durch eine nicht-fluiddurchströmte / -durchströmbare Metallschaumschicht getrennt sein.
- Neben der erhöhten mechanischen Steifigkeit werden so auch die Hin- und Rückflusskanäle realisiert, insbesondere für eine Kühlflüssigkeit. Dabei wird es als besonders bevorzugt angesehen, wenn zwischen zwei Schichten bzw. Versteifungselementen, die als Hin- und Rücklauf für ein Fluid dienen, eine mit Luft gefüllte Metallschaumschicht bzw. Versteifungselement angeordnet ist, da das in der Metallschaum-Zwischenschicht vorhandene Luftpolster zusätzlich als Wärmisolator wirken kann, wodurch ein thermischer Kurzschluss zwischen Vorlauf und Rücklauf des Fluids, insbesondere der Kühlflüssigkeit wirkungsvoll verhindert werden kann.
- Die nachfolgenden schematischen Zeichnungen zeigen hierbei unterschiedliche erfindungsgemäße Ausführungen ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Es ist hierbei selbstverständlich auch möglich, die genannten Merkmale der unterschiedlichen Ausführungen miteinander zu kombinieren.
- Es zeigen:
- Figur 1a
- Schnittbild einer Walze gemäß des Standes der Technik
- Figur 1b
- Schematische perspektivischen Querschnitt einer Walze gemäß des Standes der Technik
- Figur 2a
- Schnittbild einer Ausführung einer Walze
- Figur 2b
- Schematische perspektivischen Querschnitt einer Ausführung einer Walze
- Figur 3a
- Schnittbild einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Walze
- Figur 3b
- Schematische perspektivischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Walze
- Figur 4a
- Schnittbild einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Walze
- Figur 4b
- Schematische perspektivischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Walze
- Figur 5
- Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Walze
- Figur 6
- Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Walze
- Figur 7
- Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Walze
- Figur 8
- Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Walze
- Die
Figuren 1 a und 1 b zeigen einen Querschnitt beziehungsweise einen schematischen perspektivischen Querschnitt einer Walze 1 der bisherigen bekannten Art. Die Walze 1 besteht hierbei beispielsweise aus einem als Hohlzylinder ausgeführten Walzenkörper 2, welcher an seinen stirnseitigen Enden jeweils eine Deckelfläche 4 mit einem Lagerzapfen 3 aufweist. Der Walzenkörper 3 ist dabei als dickwandiger Hohlzylinder ausgeführt mit einer Wandstärke im Bereich von etwa 30 mm bis 60 mm, so dass in die Mantelfläche 6 des Walzenkörpers 3 zusätzliche nicht dargestellte Elemente wie Befestigungselemente, Spannelemente oder Greiferelemente eingearbeitet werden können ohne die Stabilität der gesamten Walze 1 wesentlich zu beeinträchtigen. - Die Lagerzapfen 3 können weiterhin jeweils hohl ausgeführt sein, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit in den Innenraum 5 der Walze zu leiten und durch die Walze 1 hindurchzuleiten, wodurch die Walze temperiert werden kann.
- Eine Ausführung einer Walze 10 zeigen die
Figuren 2a, 2b . Die Figuren zeigen hierzu einen Querschnitt beziehungsweise einen schematischen perspektivischen Querschnitt einer Walze 10. Diese Walze 10 umfasst hier beispielsweise einen insbesondere dünnwandigen Hohlzylinder 11, dessen Mantelfläche 12 je nach Anwendungszweck der Walze weiter nachbearbeitet sein kann, beispielsweise poliert sein kann oder Hilfsmarkierungen für aufzuklebende Klischees tragen kann oder ähnliches. Dünnwandig bedeutet hier zumindest dünner als im Vergleich zum Hohlzylinder gemäß dem Stand der Technik und insbesondere mit einer Wandstärke in einem Bereich von 2 bis 15 mm, bevorzugt 3 mm bis 10 mm. - Koaxial zu dem äußeren Hohlzylinder 11 ist im Inneren der Walze 10 weiterhin ein beispielsweise ebenfalls im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgeführtes Versteifungselement 20 so eingebracht, dass dessen äußerer Durchmesser passgenau dem inneren Durchmesser des äußeren Hohlzylinders 11 entspricht.
- Erfindungsgemäß besteht bei dieser möglichen Ausführung das Versteifungselement 20 aus einem geschäumten Metall, beispielsweise einem Leichtmetall, wie Aluminium oder Magnesium oder aus einer Legierung von Metallen, insbesondere Leichmetallen. Die geschäumte Metallstruktur weist hierbei aufgrund ihres inneren Aufbaus eine hohe Steifigkeit und Formbeständigkeit auf und hat gleichzeitig beispielsweise bei Verwendung von Aluminium als Material eine mittlere Dichte von nur 0,5g/cm3.
- Bei dieser Ausführung ist nur ein inneres koaxiales Versteifungselement 20 aus einem Metallschaum vorgesehen, welches mit seiner inneren Wandung passgenau auf einem Trägerelement 30 aufliegt, das als Voll- oder hier bevorzugt als Hohlzylinder ausgebildet ist und wodurch eine im Ganzen zylinderförmige Sandwichstruktur entsteht, die einen Metallschaum-Kern aufweist.
- Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, die jeweiligen aufeinender/aneinander liegenden Grenzflächen der jeweiligen Zylinder bzw. Elemente miteinander zu verbinden, insbesondere stoffschlüssig, beispielsweise zu verlöten oder zu verschweißen oder zu verkleben, wodurch eine feste und formstabile Konstruktion entsteht.
- Es kann dabei zweckmäßig sein, alle Zylinder bzw. Elemente jeweils gleichlang auszuführen und deren stirnseitige Enden jeweils in einer gemeinsamen Ebene anzuordnen, wodurch es möglich ist, die jeweiligen Stirnflächen dieser Sandwichkonstruktion mit Deckelflächen 14 mit jeweiligen Lagerzapfen 13 zu versehen und mit den jeweiligen Zylindern bzw. Elementen 11, 20, 30 zu verbinden, insbesondere wiederum stoffschlüssig, beispielsweise zu verkleben oder zu verschweißen oder zu verlöten.
- Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Walze 10 ist es so möglich, das Gesamtgewicht der Walze ohne Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit oder Formstabilität erheblich zu verringern, indem beispielsweise die Wandstärke des äußeren Zylinders 11 reduziert wird und in einem Bereich von beispielsweise 3mm bis 10mm liegt.
- Das Versteifungselement 20 aus geschäumtem Metall kann dabei problemlos dickwandig ausgeführt sein und eine Dicke im Bereich von beispielsweise 30 mm bis 100mm aufweisen oder gar den gesamten Innenraum der Walze 10 ausfüllen. In diesem Fall entfällt das Trägerelement 30.
- Aufgrund des geringen spezifischen Gewichtes des Versteifungselements 20 trägt dessen Gewicht nur mäßig zum Gesamtgewicht der Walze bei, wodurch eine Gewichtsreduzierung im Vergleich zu einer Walze der bekannten Art um den Faktor 2 bis 6 erreicht werden kann.
- Eine beispielhafte nachfolgende Berechnung zeigt hierbei die je nach erfindungsgemäßer Ausführung erzielbare erhebliche Gewichtsersparnis.
Walze der bekannten Art Erfindungsgemäße Walze Walze 1 Walze 2 Außendurchmesser 200 mm 200 mm 200 mm Wandstärke Außenhülse 30 mm 6 mm 6 mm Wandstärke Versteifungselement 60 mm 60 mm Wandstärke Trägerelement 3 mm 3 mm Dichte Außenhülse (Material) 7,5 g/cm3 (Stahl) 2,5 g/cm3 (Aluminium) 7,5 g/cm3 (Stahl) Dichte Versteifungselement (Material) 0,5 g/cm (Metallschaum)3 0,5 g/cm3 (Metallschaum) Dichte Trägerelement (Material) 2,5 g/cm3 (Aluminium) 2,5 g/cm3 (Aluminium) Masse Außenhülse pro Meter 120,2 kg/m 9,1 kg/m 27,4 kg/m Masse Versteifungselement pro Meter 12,1 kg/m 12,1 kg/m Masse Trägerelement pro Meter 1,5 kg/m 1,5 kg/m Gesamtmasse pro Meter 120,2 kg/m 22,7 kg/m 41,0 kg/m Gewichtsanteil 100,0% 18,9% 34,1% - Eine zweite erfindungsgemäße Ausführung zeigen die
Figuren 3a, 3b . Die Figuren zeigen hierzu einen Querschnitt beziehungsweise einen schematischen perspektivischen Querschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Walze 10. - Der sandwichartige Aufbau der Walze 10 umfasst einen äußeren Hohlzylinder 11 und ein Trägerelement 30 zwischen welchen ein Versteifungselement 20 eingebracht ist und ist im Wesentlichen gleich zu der vorherigen Ausführung, mit dem Unterschied, dass das Versteifungselement 20 aus wenigstens zwei einzelnen Versteifungsscheiben 21 gebildet ist, welche zueinander über einen Abstand 22 in axialer Richtung beabstandet sind. Die Versteifungsscheiben 21 sind hierbei jeweils als Hohlzylinder bestehend aus einem geschäumten Metall ausgeführt, wobei deren jeweilige inneren und äußeren Mantelflächen an die benachbarte Innenfläche beziehungsweise Außenfläche des äußeren Zylinders 11 beziehungsweise des inneren Trägerelements 30 angepasst ist und beispielsweise jeweils mit dieser verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig, beispielsweise mittels Verschweißen, Verlöten, Verkleben oder ähnlichem.
- Die axiale Länge der jeweiligen Versteifungsscheiben 21 und deren jeweiliger axialer Abstand 22 zueinander kann dabei jeweils gleich sein oder unterschiedlich sein, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, entlang der Achse der Walze 10 Bereiche mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit oder Formbeständigkeit zu schaffen.
- Es ist auch möglich, im Hinblick auf die in den Endbereichen der Walze 10 aufgrund der befestigten Deckelflächen 14 unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften diese durch eine geeignete Anzahl und Form der Versteifungsscheiben 21 und einen jeweiligen geeigneten Abstand 22 der Versteifungsscheiben 21 zueinander eine über die Walzenlänge im Wesentlichen gleichmäßige Steifigkeit und Formstabilität zu erzielen.
- Erfindungsgemäß ist es weiterhin vorgesehen, wie in den
Figuren 4a, 4b schematisch als Querschnitt und als schematischer perspektivischer Querschnitt dargestellt, dass der äußere Hohlzylinder 11 wenigstens einen Bereich zur Aufnahme von Befestigungselementen für beispielsweise Druckplatten und / oder Verstellelemente oder Greiferelemente aufweist. - Hierzu weist der Hohlzylinder 11 in bestimmten Bereichen parallel zur Zylinderachse ins Innere, insbesondere radial ins Innere des Hohlzylinders 11 weisende Verdickungen 16 auf, in welche die gewünschten Befestigungselemente oder Befestigungsöffnungen etc. 17 eingebracht sind. Entsprechend der Form und Ausführung der Verdickungen 16 ist die äußere Form des Versteifungselements 20 bzw. der Versteifungsringe 21 angepasst, so dass wiederum eine Formschlüssigkeit zwischen der Mantelfläche des Versteifungselements 20 / der Versteifungsscheiben 21 und der inneren Fläche des Zylinders 11 gegeben ist. Die
Figuren 4a und 4b zeigen hier in der Mantelfläche des Versteifungselementes 20 eine in axialer Richtung sich erstreckende Nut 23, die in der Form an die innere Verdickung 16 des äußeren Hohlzylinders angepasst ist. - Es ist hierbei auch möglich, die Mantelfläche des Zylinders 11 in den genannten Bereichen mittels einer Vorrichtung auszuformen oder zu falten, wodurch z.B. eine Ausformung zur Aufnahme von Befestigungselementen entsteht.
Dadurch, dass die Schaumstruktur des geschäumten Metalls des Versteifungselements 20 oder der Versteifungsscheiben 21 bevorzugt offenporig ist, ist diese auch bevorzugt durchlässig für beispielsweise Gase wie Luft oder auch für Kühlflüssigkeiten wie Wasser. - Es ist daher vorgesehen, die Walze 10 mittels einer Kühlflüssigkeit zu durchströmen und hierdurch zu temperieren.
- Die
Figur 5 zeigt hierzu einen schematischen Längsschnitt durch eine Walze 10. Die Walze 10 umfasst hier eine Sandwichstruktur, mit einem äußeren Hohlzylinder 11, einem Versteifungselement 20 und einem inneren Trägerelement 30, wobei das Trägerelement 30 mittels jeweiligen Endstücken 43a, 43b abgedeckt ist und einen geschlossenen Körper 31 bildet, welcher ein Volumen 15 einschließt und gegebenenfalls ein fluid- oder metallschaumgefülltes Volumen einschließt und/oder von Temperierungsfluid umströmt und/oder umströmbar ist. - Der so gebildete hohle Körper 31 ist hierbei axial zu den jeweiligen Enden der Walze 10 kürzer gehalten als das axiale Innenmaß des äußeren Hohlzylinders 11, wodurch an den jeweiligen Enden der Walze 10 zwischen den Deckelflächen 14 und dem Körper 31 Hohlräume 42a, 42b gebildet werden. Die Hohlräume 42a, 42b sind dabei zum Einen mit den jeweiligen mit den Deckelflächen 14 verbundenen und hohl ausgeführten Lagerzapfen 13 verbunden und zum Anderen mit dem aus offenporigern Metallschaum gebildeten Versteifungselement 20.
- Die Länge des Versteifungselements 20 kann dabei gleich lang wie der Körper 31 sein oder auch dem axialen Innenmaß des Zylinders 11 entsprechen. Hierdurch ist es möglich, über einen als Zulauf 40 wirkenden ersten Lagerzapfen 13 eine Kühlflüssigkeit in Richtung der Pfeile 100 durch den Lagerzapfen 13, den entsprechenden Hohlraum 42a durch das aus Metallschaum bestehende Versteifungselement 20 zu leiten und über den Hohlraum 42b und den Rücklauf 41 der Kühlflüssigkeit über den gegenüberliegenden Lagerzapfen 13 zu leiten.
- Bei entsprechender Strömung können beide Lagerzapfen jeweils der Zu- und/oder der Abführung von Temperierungsfluid dienen.
- Dadurch, dass die Wandung des Zylinders 11 relativ dünn (im Vergleich zum Stand der Technik) ausgeführt ist und die Fließgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit durch den offenporigen Metallschaum des Versteifungselements 20 nur unwesentlich beeinträchtigt wird, ist eine effektive und insbesondere auf Zustandsänderungen schnell reagierende Temperierung der äußeren Mantelfläche des Hohlzylinders 11 möglich. Darüber hinaus bewirkt der im Inneren der Walze befindliche geschlossene Körper 31 eine erhebliche Gewichtsersparnis, da nicht das gesamte innere Volumen der Walze 10 mit Kühlflüssigkeit gefüllt sein muss.
-
Figur 6 zeigt eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Walze 10, welche im Wesentlichen der inFigur 5 beschriebenen Ausführung entspricht mit dem Unterschied, dass das Volumen 15 ebenfalls mit einem Metallschaum ausgefüllt ist, wodurch eine weiter erhöhte Formstabilität und Steifigkeit der Walze 10 erzielt werden kann ohne deren Gesamtgewicht signifikant zu erhöhen. - Eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Walze 10 zeigt
Figur 7 , welche im Wesentlichen der inFigur 5 beschriebenen Ausführung entspricht mit dem Unterschied, dass der geschlossene Körper 31 derFigur 5 seinerseits in einer Sandwichstruktur aufgebaut ist. - Der gemäß
Figur 7 geschlossene Körper 33 umfasst hierbei das beispielsweise als insbesondere dünnwandigen Hohlzylinder ausgeführtes Trägerelement 30, in dessen Inneren koaxial ein Versteifungselement 24 aus einem geschäumten Metall passergenau eingebracht ist. Die einander angrenzenden Wandungen können dabei in gleicher Art miteinander verbunden sein, insbesondere stoffschlüssig beispielsweise durch Verschweißen, Verlöten oder Verkleben oder ähnliches. - Das Versteifungselement 24 kann hierbei im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgeführt sein und dessen innere Mantelfläche auf einem weiteren Trägerelement 32 passergenau aufliegen und mit diesem verbunden sein. Der mit den entsprechenden Endstücken 43a, 43b so gebildete abgeschlossen Körper 33 weist durch diese Art des Aufbaus eine weiterhin erhöhte Steifigkeit und Formstabilität auf, ohne das Gesamtgewicht der Walze 10 wesentlich zu erhöhen.
- Eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Walze 10 zeigt
Figur 8 . Der innere Aufbau entspricht hierbei im Wesentlichen der Ausführung gemäßFigur 7 mit dem Unterschied, dass die Endstücke 43a, 43b eine jeweilige Öffnung 44a, 44b aufweisen und einer der Lagerzapfen, nämlich hier der Zapfen 13b nicht hohl ausgeführt ist. - Der gegenüber liegende Lagerzapfen 13a weist hingegen in seiner Bohrung 13c ein koaxial darin angeordnetes Rohr 13d mit einem geringeren Durchmesser als die Bohrung 13c auf. Das Rohr 13d ist weiterhin an seinem im Inneren der Walze befindlichen Ende mit der Öffnung 44a des Endstücks 43a dicht verbunden.
- Hierdurch wird im Lagerzapfen 13a ein Zulauf 40 mit beispielsweise ringförmigem Querschnitt und ein Rücklauf 41 mit beispielsweise kreisförmigem Querschnitt gebildet, über welche die Walze 10 mit einer Kühlflüssigkeit beschickt werden kann, oder umgekehrt. Die Kühlflüssigkeit gelangt hierbei entlang der Pfeilrichtungen 100 zunächst über den Zulauf 40 in den Hohlraum 42a und durchströmt anschließend das aus offenporigern Metallschaum bestehende Versteifungselement 20, wodurch die äußere Mantelfläche des Zylinders 11 effektiv temperiert wird.
- Anschließend gelangt die Kühlflüssigkeit in der Hohlraum 42b und über die sich im Endstück 43b befindliche Öffnung 44b in den Hohlraum 15 und von dort über die Öffnung 44a in das Rohr 13d, welches somit den Rücklauf 41 bildet. Es kann dabei zweckmäßig sein, das Trägerelement 32 dickwandiger oder aus einem anderen Material auszuführen, um den Anforderungen der Kühlflüssigkeit beziehungsweise den bei einem Betrieb der Walze mit Kühlflüssigkeit geänderten Druckverhältnissen gerecht zu werden. Die Öffnungen 44a, 44b sind dabei so in die Endstücke 43a, 43b eingebracht, dass die stirnseitigen Bereiche des Versteifungselements 24 durch die Endstücke 43a, 443b abgedeckt und verschlossen sind, wodurch die im Inneren des Metallschaums befindliche Luft des Versteifungselements 24 eingeschlossen ist und wodurch die so gebildete Sandwichstruktur im Wesentlichen als Wärmeisolator wirkt.
- Hierdurch wird bewirkt, dass die durch den Innenraum 15 rückfließende Kühlflüssigkeit keinen Einfluss auf die zufließende Kühlflüssigkeit hat.
Claims (15)
- Walze oder Zylinder einer Druck- und/oder Konverter- und/oder Lackiermaschine, die zumindest einen Walzen- bzw. Zylinderkörper (10) aufweist, wobei der Walzen- bzw. Zylinderkörper (10) einen äußeren vollmetallischen Hohlzylinder (11) und zumindest ein inneres Element (20) aufweist, das wenigstens teilweise aus einem geschäumten Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Struktur des geschäumten Metalls offenporig ist und von einem Temperierungsfluid durchströmt und/oder durchströmbar ist und dass mehr als 40% der Poren der offenporigen Struktur offen und durchströmt und/oder durchströmbar sind.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine innere Element (20) als Hohlzylinder und/oder als Zylinder ausgebildet ist.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzen- bzw. Zylinderkörper (10) als Sandwich von wenigstens zwei koaxial ineinander angeordneten zylindrischen Elementen (11, 20, 30) aufgebaut ist, deren jeweilige innere und äußere Oberflächen einander zumindest bereichsweise kontaktieren.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzen- bzw. Zylinderkörper (10) einen äußeren vollmetallischen Hohlzylinder (11) aufweist, in welchem das zumindest eine innere Element (20) angeordnet ist, welches zumindest teilweise aus einem geschäumten, offenporigen Metall ausgebildet ist und mit seiner äußeren Oberfläche die innere Oberfläche des Hohlzylinders (11) zumindest bereichsweise kontaktiert.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Element (20) als Versteifungselement (20) ausgebildet ist.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Hohlzylinder (11) eine geringere Wandstärke aufweist als das darin angeordnete innere Element (20) und zumindest an seiner äußeren Mantelfläche (12) eine geschlossene Oberfläche aufweist.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Versteifungselement (20) ausgebildet ist aus zwei oder mehreren koaxial ineinander angeordneten Vollmetall-Hohlzylindern mit unterschiedlichen Durchmessern, deren Zwischenbereich jeweils mit einem Metall ausgeschäumt ist.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial innen liegendes Element als ein Trägerelement (30) aus einem vollmetallischen Voll- oder Hohlzylinder ausgebildet ist.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei koaxial ineinander angeordnete offenporige Metallschaum-Hohlzylinder, in gleicher oder entgegen gesetzter Richtung von einem Temperierungsfluid durchströmt und/oder durchströmbar sind.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei koaxial ineinander angeordneten offenporigen und von einem Temperierungsfluid durchströmten und/oder durchströmbaren Metallschaum-Hohlzylindern ein luft- und/oder gasgefüllter Metallschaum-Hohlzylinder angeordnet ist, der zu beiden radialen Seiten von jeweils einem Vollmetall-Hohlzylinder umgeben ist.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Walzen- bzw. Zylinderkörper axial beidseitig Lagerzapfen (13a, 13b) angeordnet sind, von denen einer (13a) eine Zu- und Abführung (13a; 13d) von Temperierungsfluid aufweist, die im Lagerzapfen (13a) koaxial umeinander angeordnet sind, wobei die Zuführung (13c) bzw. Abführung (13d) mit dem radial am weitesten außen liegenden Hohlzylinder aus einem offenporigen Metallschaum verbunden ist und die Abführung (13d) bzw. Zuführung (13c) mit einem radial innen liegenden Hohlzylinder aus einem offenporigen Metallschaum oder mit dem Inneren des am weitesten radial innen liegenden Trägerelementes (30), wobei das Temperierungsfluid auf der dem zu- und abführenden Lagerzapfen (13a) gegenüberliegenden Seite der Walze bzw. des Zylinders in radialer Richtung geführt ist.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Element (20) ausgebildet ist als ein axialer Stapel oder eine axiale Hintereinanderanordnung von zylinderförmigen oder hohlzylinderförmigen Scheiben (21) aus einem geschäumten Metall, wobei die Scheiben (21) voneinander axial entlang der Walzen- bzw. Zylinderachse beabstandet angeordnet sind.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hintereinanderanordnung der Scheiben (21) realisiert ist durch einen Zylinder oder Hohlzylinder aus Metallschaum, in den mehrere axial beabstandete umlaufende Nute einer bestimmten Breite eingebracht sind.
- Walze oder Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinander aufliegenden Grenzflächen der jeweiligen Zylinder und/oder Hohlzylinder miteinander stoffschlüssig verbunden sind.
- Verfahren zur Herstellung einer Walze oder eines Zylinders zur Verwendung in einer Druckmaschine oder Konvertermaschine oder Lackiermaschine wobei der Walzen- bzw. Zylinderkörper (10) als Hohlzylinder (11) aus einem Vollmetall hergestellt wird, in dessen Inneres wenigstens ein inneres Element (20, 30) formschlüssig eingebracht wird, welches zumindest bereichsweise aus einem offenporigen geschäumten Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperierungsfluid in eine offenporige Struktur des Metallschaums eingefüllt wird, von der mehr als 40 % der Poren offen und durchströmt und/oder durchströmbar sind.
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