EP1442883A1 - Spannzylinder zum Aufspannen zylindrischer Prägeformen für Prägewalzen - Google Patents

Spannzylinder zum Aufspannen zylindrischer Prägeformen für Prägewalzen Download PDF

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Publication number
EP1442883A1
EP1442883A1 EP04001327A EP04001327A EP1442883A1 EP 1442883 A1 EP1442883 A1 EP 1442883A1 EP 04001327 A EP04001327 A EP 04001327A EP 04001327 A EP04001327 A EP 04001327A EP 1442883 A1 EP1442883 A1 EP 1442883A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
clamping
sleeve
clamping sleeve
compressed air
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04001327A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lars Dr. Hoffmann
Andreas Pretsch
Andreas Radler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Giesecke and Devrient GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Giesecke and Devrient GmbH filed Critical Giesecke and Devrient GmbH
Publication of EP1442883A1 publication Critical patent/EP1442883A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
    • B44B5/00—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins
    • B44B5/0004—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins characterised by the movement of the embossing tool(s), or the movement of the work, during the embossing operation
    • B44B5/0009—Rotating embossing tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F13/00—Common details of rotary presses or machines
    • B41F13/08—Cylinders
    • B41F13/22—Means for cooling or heating forme or impression cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F27/00—Devices for attaching printing elements or formes to supports
    • B41F27/10—Devices for attaching printing elements or formes to supports for attaching non-deformable curved printing formes to forme cylinders
    • B41F27/105—Devices for attaching printing elements or formes to supports for attaching non-deformable curved printing formes to forme cylinders for attaching cylindrical printing formes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41P—INDEXING SCHEME RELATING TO PRINTING, LINING MACHINES, TYPEWRITERS, AND TO STAMPS
    • B41P2227/00—Mounting or handling printing plates; Forming printing surfaces in situ
    • B41P2227/20—Means enabling or facilitating exchange of tubular printing or impression members, e.g. printing sleeves, blankets
    • B41P2227/21—Means facilitating exchange of sleeves mounted on cylinders without removing the cylinder from the press
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F5/00—Elements specially adapted for movement
    • F28F5/02—Rotary drums or rollers

Definitions

  • the invention relates to a clamping cylinder and a method for clamping cylindrical embossing dies for embossing rollers, especially for Embossing diffractive gratings or holograms on plastic foils and other substrates.
  • embossing forms have a partial or all-over structured surface, which after the embossing shape on the clamping cylinder was clamped into a rotating endless process Embossing lacquer is molded. Because the lacquer layer that is embossed is relatively thin, preferably "endless" embossing forms used that neither a butt edge or butt joint nor a bulky Show seam.
  • Tensioning cylinders for similar purposes are known from printing technology. Indeed are those used there and clamped on the clamping cylinder Printing plates thick-walled and very solid, so that the clamping cylinder mechanically because of the high clamping forces that occur during clamping is adjusted accordingly. For example, in printing technology flexible printing forms made of rubber-like materials, the other clamping mechanisms require used. In some printing processes come too thin metallic plates are used as printing form, e.g. magnetic and be excited.
  • embossing diffractive gratings and holograms are suitable for tension cylinders from printing technology therefore not, because those used for stamping, usually made of nickel Manufactured embossing molds lie as so-called tubular, thin-walled "Sleeves" with a wall thickness of just a few tenths of a millimeter.
  • the thin-walled sleeve can be clamped onto the clamping cylinder according to different principles.
  • the clamping cylinder or at least its outer, cylindrical adapter sleeve cooled from the inside, for example by continuous Flushing with liquid nitrogen.
  • the clamping cylinder or the clamping sleeve consist of a material with a high coefficient of thermal expansion, for example aluminum so that its outer diameter is due the cooling shrinks accordingly.
  • the cylindrical Pull the sleeve slightly over the clamping cylinder or the clamping sleeve.
  • the diameter expands Warming back to its original value. This way the surface of the clamping cylinder or the clamping sleeve in immediate Contact with the sleeve and tighten it.
  • This principle is for example mentioned in DE 100 49 283 A1.
  • the sleeve becomes elastic by means of compressed air expanded, being between the clamping cylinder surface and the sleeve An air cushion is created, over which the sleeve easily on the clamping cylinder can be postponed and removed from it.
  • the compressed air is switched off, the sleeve contracts radially on the surface of the clamping cylinder to the system, causing it is firmly clamped on the surface.
  • tempering the dies for embossing diffractive gratings and holograms from essential in order to emboss the optically diffractive structures to achieve a good transfer and a good embossing result Usually not tempered is tempering the dies for embossing diffractive gratings and holograms from essential in order to emboss the optically diffractive structures to achieve a good transfer and a good embossing result.
  • embossed in radiation-curing lacquers it may be necessary to remove heat of polymerization to overheat the substrate to avoid.
  • thermosetting lacquers heat may be required. That is why adequate tempering is necessary of the sleeve for embossing optically diffractive structures of special Importance.
  • DE 100 39 744 A1 uses instead of one for thermosetting systems external heat supply an internal tempering of the embossing mold ("sleeve") proposed in which the embossing shape from the inside during the embossing process is brought to an optimally determined temperature.
  • the one described there Clamping cylinder includes a hollow shaft, an adapter sleeve with an outer surface for clamping the cylindrical embossing mold and two end brackets for fixing the adapter sleeve coaxially the wave.
  • the adapter sleeve is clamped from the inside using a temperature in particular water, tempered, which through a first channel of the hollow Shaft into a cavity between the shaft and the adapter sleeve passed and through a second channel that is coaxial with the first channel in the hollow shaft is arranged, led out of the cavity again becomes.
  • a temperature in particular water, tempered which through a first channel of the hollow Shaft into a cavity between the shaft and the adapter sleeve passed and through a second channel that is coaxial with the first channel in the hollow shaft is arranged, led out of the cavity again becomes.
  • a compressed air supply line to the shaft Integrated shaft.
  • the compressed air is radial in the front bracket Branches and through pipelines, which are in the Extend the cavity between the shaft and the adapter sleeve in the axial direction, to different ones that extend radially through the adapter sleeve Through holes forwarded.
  • Through the through holes the compressed air at different points on the surface of the adapter sleeve off, so that a compressed air cushion is created, through which a to be clamped Embossing die is expanded radially and on which the embossing die slightly pushed over the adapter sleeve and pulled off again can be.
  • the object of the present invention is to provide a structurally simple design Clamping cylinder that can be temperature-controlled from the inside on the one hand and that on the other easily from one die to another die, in particular with different diameters, can be converted and a process to propose for cylindrical embossing dies.
  • the embossing shape or the sleeve for Pushing on and pulling off is expanded using compressed air
  • that the compressed air lines run in the adapter sleeve.
  • a line system in the adapter sleeve between at least one Compressed air inlet opening and the radial compressed air outlet openings in the axial and / or tangential direction.
  • the exchange of the adapter sleeve is made considerably easier.
  • the entire clamping cylinder does not need to be replaced, if only an adapter sleeve with a larger outer diameter for Clamping an embossing mold of larger diameter is to be used.
  • the drive shaft and the fixing device for fixing the clamping sleeve coaxial to the drive shaft can be maintained.
  • the compressed air supply line can pass through the drive shaft and further in the radial direction through the holder for fixing the Guide the adapter sleeve on the drive shaft to the adapter sleeve, similar to that in the principle described in DE 100 39 744 A1.
  • a preferred production technology Embodiment of the invention provides that the compressed air inlet opening is located on an axial end face of the adapter sleeve. The Compressed air can then be used to change the embossing shape using flexible hoses be introduced into the front connection.
  • the adapter sleeve can be pushed on and pulled off if the clamping cylinder is designed so that the clamping sleeve is a total of this can be solved, as is the case, for example, in DE 10102 269 A1 Swinging out a bearing of the clamping cylinder shaft is proposed.
  • the line system for the compressed air lines can be used as a duct system be realized in the adapter sleeve.
  • the term "sewer system" in the present sense means a pipe system which is made of solid material the adapter sleeve is integrated. Such a duct system can, for example drilled into the adapter sleeve, which is a simple hollow cylinder his.
  • the adapter sleeve can also be used by two coaxial and direct adjacent hollow cylinders can be formed, in which the Channel system in the inner surface of the outer hollow cylinder and / or milled into the outer surface of the inner hollow cylinder is.
  • the clamping sleeve is double-walled Hollow cylinder formed, the line system for the Compressed air lines as a pipe system in the between the cylinder walls formed space is realized.
  • the piping system can be constructed similarly to that described in DE 100 39 744 A1 In contrast, the pipe system is located within the Adapter sleeve and is therefore easy when changing the format removed from the drive shaft together with the adapter sleeve.
  • the latter variant in which the adapter sleeve is double-walled Hollow cylinder is formed can be effectively with a temperature control can be combined, namely by the space between the two cylinder walls for receiving a temperature control fluid is being used.
  • the outer hollow cylinder of the adapter sleeve can be on this Way over its entire surface by means of that directed into the intermediate space Temperature control fluids tempered from the inside to an optimal temperature become.
  • the temperature control device in the space be implemented as a pipe system between the two cylinder walls, through which the temperature control fluid is passed.
  • the heat transfer from the temperature control fluid to the outer hollow cylinder In this case, the adapter sleeve is less effective and in particular distributed irregularly over the surface.
  • the adapter sleeve is a full body in which the compressed air lines is integrated as a duct system, as explained above, so can also be used in a corresponding manner for the lines for the temperature control fluid be implemented as a duct system.
  • the temperature control device in the clamping sleeve to integrate itself, but, as described in DE 100 39 744 A1, the cavity between the shaft and the adapter sleeve in the axial direction seal to accommodate the tempering fluid in this cavity.
  • the shaft can be drilled hollow for the tempering fluid feed and discharge.
  • the shaft preferably comprises separate ones Inlets and outlets so that the temperature control fluid is continuous can flow through the cavity.
  • the temperature of the outer adapter sleeve surface depends only insignificantly from the thickness of the adapter sleeve. That is, with one Format change from a cylindrical embossing form (sleeve) with a comparatively small diameter on an embossing mold with a comparatively large diameter only needs a thin-walled adapter sleeve to be exchanged for a correspondingly thick-walled adapter sleeve, without affecting the tempering of the adapter sleeve surface has a significant impact.
  • the structure of the shaft is much less complicated, which affects the manufacturing cost and stability of the shaft has a positive effect.
  • the temperature control fluid must be in front of you Exchange of an adapter sleeve with another adapter sleeve is not out of the system be emptied, since the system when using suitable, in particular self-closing valves is hermetically sealed.
  • the Integration of the temperature control device in the adapter sleeve since only the inlet and outlet connections have to be sealed, what by means of suitable valves. Sealing the cavity between the shaft and the adapter sleeve for receiving a temperature control fluid in contrast, is much more complex.
  • clamping jaws can be mounted on the shaft serve to fix the adapter sleeve, as it is related below is explained with a second variant of the invention.
  • the second variant according to the invention relates to a clamping cylinder in which the sleeve is mechanically expanded in order to close it on the clamping cylinder fix.
  • the fixing device is not only used for fixing the adapter sleeve on the shaft.
  • the adapter sleeve is by means of Fixing device expanded radially so far that not only the clamping sleeve clamped on the fixing device, but that also over the adapter sleeve pushed sleeve clamped on the thus expanded clamping sleeve.
  • the expansion sleeve is expanded by means of commercially available pressure sleeves not always possible, but at best in the case of very thin walls Clamping sleeves. It is therefore more suitable as a fixing device for this second one variant of the invention the use of jaws. With jaws Much larger mechanical forces can be applied radially from the inside Apply the adapter sleeve.
  • the expansion of adapter sleeves of different thicknesses with approximately the same inner diameter becomes particularly simple as a result that the same clamping jaws for clamping sleeves with different outside diameters are usable. For other diameter ranges, the Jaws exchanged for appropriately adjusted jaws become. This means that all desired sleeve diameters can be used with one shaft be driven by either only the adapter sleeve or the adapter sleeve is replaced with the jaws.
  • the tempering of the adapter sleeve can be implemented in the same way, as described in relation to the first variant of the invention.
  • the Means there can either be a cavity between the shaft and the adapter sleeve be flushed with a temperature control fluid, a hollow one being drilled Shaft for supplying and discharging the tempering fluid.
  • the temperature control device is integrated into the adapter sleeve itself, in shape of cooling coils, channels, bores or the like, as previously explained.
  • the adapter sleeve is preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
  • Aluminum combines some essential material properties, by having a high coefficient of thermal conductivity.
  • aluminum is comparatively elastic, which makes the Elastic sleeve can be expanded elastically without much effort in order to open it Tighten the sleeve.
  • aluminum can be Its low strength makes it easy to machine so that the fine adjustment of the outer diameter of the adapter sleeve in a simple manner Turning off the outer surface can be done.
  • the outermost surface of the adapter sleeve is preferably surface-treated, to protect them against mechanical damage when pulling on the sleeves protect.
  • the surface treatment is preferably a coating with mechanically hard material, such as Sintered metal, ceramic compounds etc.
  • FIG. 1 shows a clamping cylinder according to a first embodiment of the first variant according to the invention.
  • the representation in Figure 1 gives the construction only schematically again, insignificant for the invention Components are not shown.
  • the clamping cylinder 1 includes one Drive shaft 2 and an adapter sleeve 3, which on two shaft shoulders 4 with expanded diameter is clamped by means of fixing devices 5.
  • the fixing device 5 is designed here as a pressure sleeve and works on the principle that axial compression of the pressure sleeve is radial Expansion causes the same.
  • the axial compression force is determined by a schematically shown adjusting nut 6 to that shown in Figure 1 on the left Pressure sleeve 5 applied and by means of a spacer tube 7 on the opposite shaft end arranged pressure sleeve 5 transmitted, so that both pressure sleeves 5 axially to the same extent by means of the adjusting nut 6 compressed and thereby expanded radially.
  • the adapter sleeve 3 can be placed on the printing sleeves with or without a sleeve 5 are pushed on and by tightening the adjusting nut 6 with the pressure sleeves 5 clamped and thus fixed on the shaft 2. In reverse In this way, the adapter sleeve 3 can be pulled off the shaft 2 again become.
  • the clamping cylinder 1 With the sleeve clamped onto the clamping sleeve 3 (not shown in FIG. 1) can the clamping cylinder 1 in an embossing system as an embossing roller or embossing cylinder be used.
  • the sleeve can be pulled onto the clamping sleeve 3 be mounted before or after the adapter sleeve on shaft 2 becomes.
  • a compressed air line system is in the clamping sleeve 3 8 with one or more compressed air inlet openings 9 on one end of the Collet 3 and with distributed over the surface 10 of the collet 3 radial compressed air outlet openings 11 are provided.
  • the front Compressed air inlet openings 9 have a connection system, not shown for connecting a compressed air supply line.
  • the sleeve is pushed onto the clamping sleeve 3 widened by the compressed air emerging from the clamping sleeve surface 10 and can be on the between the sleeve and the collet 3 Air cushion created in a simple manner on the clamping sleeve 3. After switching off the compressed air, there is a good, flat contact between the clamping sleeve 3 and the drawn sleeve, whereby the sleeve is fixed by friction on the clamping sleeve 3.
  • Compressed air in the sense of the present invention is any gaseous Understand medium that is suitable for the purposes described above is.
  • the clamping sleeve 3 by two pressure sleeves 5 at the two axial ends of the clamping sleeve 3 fixed.
  • the adapter sleeve 3 is cooled from the inside by means of a temperature control fluid.
  • the first embodiment of the first invention according to the invention shown in FIG Variant an axially sealed cavity 12 between the shaft 2 and the adapter sleeve 3 through which a temperature control fluid for example water. So that the cavity 12 does not is separated from the adapter sleeve 3 by the spacer tube 7, has the spacer tube 7 numerous passages 13 through which the tempering fluid in Contact with the inner surface of the adapter sleeve 3.
  • the current of the temperature control fluid is indicated by arrows in FIG. 1.
  • the tempering fluid is one Passed end of the cavity 12, flows through the cavity 12 and is again discharged through the hollow drilled shaft 2 coaxially to the feed line 14.
  • a seal 15 in the hollow shaft 2 is provided to one Prevent flow short-circuit.
  • the clamping sleeve 3 is preferably made of aluminum, an aluminum alloy or another material with a high coefficient of thermal conductivity, around a sleeve stretched on the clamping sleeve surface 10 as effectively as possible by means of the temperature control fluid flowing through the cavity 12 to temper, that is, either to cool, if, for example is embossed in exotic cross-linking lacquers, or to heat, when embossing in thermosetting lacquers.
  • the heat is in the Adapter sleeve 3 well guided due to their small wall thickness, so that when Operation of the embossing system a rapid tempering is achieved. The operating point the system is reached quickly, wasted time during start-up are minimized.
  • the supply and discharge of the temperature control fluid is not done by one shown two-way rotor sealing head, on the corresponding side the drive shaft is mounted.
  • a rotor sealing head as well as the Pressure sleeves 5 are common, commercially available purchased parts.
  • the adapter sleeve 3 In the event of a format change to a sleeve with a different diameter only needs the adapter sleeve 3 against an adapter sleeve with the corresponding Outside diameter to be replaced without changing the shaft 2 must be removed from the embossing system.
  • the Adapter sleeve 3 are withdrawn from the shaft 2 in the manner in which DE 101 02 269 A1 mentioned at the beginning is explained by only one Shaft end, meaningfully the end away from the rotor sealing head, the shaft 2 is swung out.
  • Only the inside diameter of the Adapter sleeves are determined by the geometry of the fixing device.
  • the Outside diameter can be selected within a certain range as long as it is effective Heat transfer through the adapter sleeve is possible.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a clamping cylinder according to the first variant according to the invention.
  • This second embodiment is opposite the embodiment of Figure 1 optimized to the extent that constructive effort for the temperature control is reduced and the temperature control is also more effective.
  • the clamping sleeve 3 is clamped on the pressure sleeves 5, which are through a spacer tube 7 are spaced apart and by means of an adjusting nut 6 be axially compressed so that they expand radially to accommodate this Way the sliding sleeve 3 pushed over it on the shaft shoulders 4 Clamp shaft 2.
  • the clamping sleeve 3 has at least a feed opening 16 and at least one discharge opening 17 for Supply and discharge of the temperature control fluid.
  • Wave 2 is only in one hollow at the front and has coaxial feed and discharge lines 14, 18, which in turn leads to a two-way rotor sealing head, not shown to lead.
  • the temperature control fluid is supplied from the supply line 14 and the discharge line 18 outside of the clamping cylinder 1, for example, by flexible Hoses, which are only indicated schematically by broken lines in FIG are fed to the feed opening 16 of the clamping sleeve 3 or from the discharge opening 17 of the adapter sleeve 3 returned to the shaft 2.
  • the feed and discharge openings 16, 17 are preferably in the form of quick coupling valves executed that automatically in the uncoupled state conclude.
  • the sleeve is pulled onto the clamping sleeve 3, as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, by means of compressed air via a clamping sleeve 3 Integrated compressed air line system, which is not explicitly shown in Figure 2 is.
  • the clamping sleeve 3 can be constructed in various ways his.
  • the clamping sleeve 3 is a hollow cylinder formed, including two or more coaxially pushed into each other Hollow cylinders are to be understood, their outside and inside diameters are adjusted accordingly. Be in this hollow cylinder then the compressed air and temperature control fluid line systems as sewer line systems integrated, for example milled or drilled into it.
  • the adapter sleeve consists of a double-walled one Hollow cylinder, both the compressed air line system and the tempering fluid line system as a pipe system in the space are realized between the two cylinder walls.
  • the tempering fluid line system can, for example, by one or more Tempering lines are formed.
  • the clamping sleeve 3 in turn consists of a double-walled hollow cylinder, but only the compressed air lines in the space between the two cylinder walls as Piping system are realized and the space from the rest of is flowed through the tempering fluid essentially unhindered.
  • Partitions can be provided in the intermediate space, which have a chamber-like or labyrinthine, in particular meandering guidance of the temperature control fluid through the space from the feed opening 16 to Drain opening 17 guarantee a flow short between Avoid feed and discharge opening 16, 17.
  • the temperature of the clamping sleeve surface 10 is that shown in FIG. 2
  • Adapter sleeve 3 can be adjusted particularly quickly because, in contrast to The embodiment according to FIG. 1 does not temper the entire shaft, but only the adapter sleeve 3. This makes the film stamping a stationary one Operating status reached more quickly.
  • Figure 3 shows an embodiment according to the second variant of the invention.
  • the main difference to the embodiments according to figures 1 and 2 consists in the way of stretching a sleeve the clamping sleeve 3.
  • the sleeves are not expanded by compressed air to them to be able to slide over the adapter sleeve 3, but rather has Adapter sleeve 3 initially has a smaller diameter at ambient temperature than the sleeve, so that the sleeve easily fits onto the adapter sleeve 3 can be raised. Only then is the adapter sleeve 3 by means of Clamping jaws 19 radially widened so that the one pushed onto the clamping sleeve 3 Sleeve is stuck.
  • the jaws 19 perform two functions.
  • the first function consists in tightening the jaws 19, the clamping sleeve 3 on the Shaft heels 4 to fix the shaft 2 mechanically, and the further function is by further tightening the jaws 19, the clamping sleeve 3 to expand - as described above - one to the Fix sleeve 3 slid on sleeve.
  • the temperature of the clamping sleeve 3 is carried out in the same way as in relation was explained on the embodiment of Figure 1 by a Tempering fluid through the hollow shaft 2 and a cavity 12 is rinsed between the adapter sleeve 3 and the shaft 2.
  • a Tempering fluid through the hollow shaft 2 and a cavity 12 is rinsed between the adapter sleeve 3 and the shaft 2.
  • the adapter sleeve 3 directly from a tempering fluid are flowed through, analogously to the embodiment according to FIG. 2.
  • clamping jaws 19 instead of the clamping jaws 19, other clamping or fixing devices can also be used are used, for example those in relation to FIGS. 1 and 2 mentioned clamping sleeves, provided there are enough radial forces on the Collet 3 can be applied to the collet to the desired extent dilate.

Landscapes

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Abstract

Ein Spannzylinder (1) zum Aufspannen zylindrischer Prägeformen für Prägewalzen zum Prägen von diffraktiven Beugungsgittern oder Hologrammen umfasst eine Spannhülse (3) zum Aufspannen der Prägeform sowie eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Spannhülse (3) auf einer Welle (2) und eine Temperiereinrichtung zum Temperieren der Spannhülse. Gemäß einer Variante wird die Prägeform mittels Druckluft aufgeweitet, um sie auf die Spannhülse aufzuschieben oder davon abzuziehen, wobei sich ein Druckluftkanalsystem (8) mit radialen Druckluftaustrittsöffnungen (11) axial und/oder tangential in der Spannhülse (3) erstreckt. Gemäß einer anderen Variante wird die Spannhülse mechanisch aufgeweitet, um eine über die Spannhülse geschobene Prägeform zu fixieren und um gleichzeitig die Spannhülse (3) auf der Welle (2) zu fixieren. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannzylinder und ein Verfahren zum Aufspannen zylindrischer Prägeformen für Prägewalzen, insbesondere zum Prägen von diffraktiven Beugungsgittern oder Hologrammen auf Kunststofffolien und anderen Substraten. Solche Prägeformen besitzen eine partiell oder vollflächig strukturierte Oberfläche, die, nachdem die Prägeform auf den Spannzylinder aufgespannt wurde, im rotativen Endlosverfahren in einen Prägelack abgeformt wird. Weil die Lackschicht, in die geprägt wird, verhältnismäßig dünn ist, werden vorzugsweise "endlose" Prägeformen verwendet, die weder eine Stoßkante oder Stoßfuge noch eine auftragende Naht aufweisen.
Spannzylinder für ähnliche Zwecke sind aus der Drucktechnik bekannt. Allerdings sind die dort verwendeten und auf den Spannzylinder aufgespannten Druckformen dickwandig und sehr massiv, so dass der Spannzylinder wegen der beim Aufspannen auftretenden hohen Spannkräfte mechanisch entsprechend angepasst ist. In der Drucktechnik werden beispielsweise sehr flexible Druckformen aus gummiartigen Materialien, die andere Spannmechanismen erfordern, verwendet. In manchen Duckverfahren kommen auch dünne metallische Platten als Druckform zum Einsatz, die z.B. magnetisch und auf Stoß gespannt werden. Zum Prägen von diffraktiven Beugungsgittern und Hologrammen eignen sich Spannzylinder aus der Drucktechnik daher nicht, denn die zum Prägen verwendeten, üblicherweise aus Nickel gefertigten Prägeformen liegen als rohrförmige, dünnwandige so genannte "Sleeves" mit einer Wandstärke von nur wenigen zehntel Millimetern vor. Das Aufspannen des dünnwandigen Sleeves auf den Spannzylinder kann nach unterschiedlichen Prinzipien erfolgen.
Gemäß einem Prinzip wird der Spannzylinder oder zumindest seine äußere, zylindrische Spannhülse von innen gekühlt, beispielsweise durch kontinuierliche Spülung mit flüssigem Stickstoff. Der Spannzylinder bzw. die Spannhülse bestehen aus einem Material mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, beispielsweise Aluminium, so dass ihr Außendurchmesser aufgrund der Kühlung entsprechend schrumpft. In diesem Zustand lässt sich der zylindrische Sleeve leicht über den Spannzylinder bzw. die Spannhülse ziehen. Nach dem Beenden der Stickstoffkühlung dehnt sich der Durchmesser durch Erwärmung wieder auf seinen ursprünglichen Wert aus. Dadurch gelangt die Oberfläche des Spannzylinders bzw. der Spannhülse in unmittelbaren Kontakt mit dem Sleeve und spannt diesen fest. Dieses Prinzip ist beispielsweise in der DE 100 49 283 A1 erwähnt.
Gemäß einem anderen Prinzip wird der Sleeve mittels Druckluft elastisch aufgeweitet, wobei zwischen der Spannzylinderoberfläche und dem Sleeve ein Luftpolster entsteht, über welches der Sleeve leicht auf den Spannzylinder aufgeschoben und auch wieder von diesem abgezogen werden kann. Durch Abschalten der Druckluft kommt der Sleeve unter radialem Zusammenziehen auf der Oberfläche des Spannzylinders zur Anlage, wodurch er fest auf der Oberfläche aufgespannt ist. Auch dieses Prinzip ist in der DE 100 49 283 A1 erwähnt.
Im Zusammenhang mit den vorgenannten Prinzipien zum Aufspannen einer Hülse, beispielsweise unter Verwendung von Druckluft, wird in der DE 10102 269 A1 ein Verfahren beschrieben, wie eine Hülse montiert und demontiert werden kann, ohne dass dazu die gesamte Trägerwalze aus der Anlage ausgebaut werden muss. Dementsprechend wird lediglich ein Lager der Zylinderwelle ausgeschwenkt, so dass die Hülse über das ausgeschwenkte, freie Wellenende auf einen Trägerkern des Spannzylinders aufgeschoben oder von dem Trägerkern abgezogen werden kann.
Während Druckformen für die Drucktechnik während des Druckprozesses üblicherweise nicht temperiert werden, ist eine Temperierung der Prägeformen zum Prägen von diffraktiven Beugungsgittern und Hologrammen von wesentlicher Bedeutung, um bei der Prägung der optisch diffraktiven Strukturen eine gute Übertragung und ein gutes Prägeergebnis zu erzielen. Wird beispielsweise in strahlungsvernetzende Lacke geprägt, kann es notwendig werden, Polymerisationswärme abzuführen, um ein Überhitzen des Substrats zu vermeiden. Im Falle von warm aushärtenden Lacken dagegen kann eine Wärmezufuhr erforderlich sein. Deshalb ist eine adäquate Temperierung des Sleeves für die Prägung optisch diffraktiver Strukturen von besonderer Bedeutung.
In der DE 100 39 744 A1 wird für warm aushärtende Systeme anstelle einer externen Wärmezufuhr eine interne Temperierung der Prägeform ("Sleeve") vorgeschlagen, bei der die Prägeform während des Prägevorgangs von innen auf eine als optimal ermittelte Temperatur gebracht wird. Der dort beschriebene Spannzylinder umfasst eine hohlgebohrte Welle, eine Spannhülse mit einer äußeren Oberfläche zum Aufspannen der zylindrischen Prägeform und zwei stirnseitige Halterungen zum Fixieren der Spannhülse koaxial auf der Welle. Die Spannhülse wird von innen mittels einem Temperiermedium, insbesondere Wasser, temperiert, welches durch einen ersten Kanal der hohlgebohrten Welle in einen Hohlraum zwischen der Welle und der Spannhülse geleitet und durch einen zweiten Kanal, der zum ersten Kanal koaxial in der hohlgebohrten Welle angeordnet ist, aus dem Hohlraum wieder herausgeleitet wird. Dadurch wird die Spannhülse und gleichzeitig auch die auf der Spannhülse aufgespannte Prägeform von innen temperiert.
Zusätzlich zu den Anschlüssen für das Temperiermedium an dem einen Ende der Welle ist am anderen Ende der Welle eine Druckluftzuleitung in die Welle integriert. Die Druckluft wird durch die stirnseitige Halterung in radialer Richtung verzweigt und durch Rohrleitungen, welche sich in dem Hohlraum zwischen der Welle und der Spannhülse in axialer Richtung erstrecken, zu verschiedenen, sich radial durch die Spannhülse erstreckenden Durchgangsbohrungen weitergeleitet. Durch die Durchgangsbohrungen tritt die Druckluft an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche der Spannhülse aus, so dass ein Druckluftpolster entsteht, durch welches eine aufzuspannende Prägeform radial aufgeweitet wird und auf welchem die Prägeform leicht über die Spannhülse geschoben und von dieser wieder abgezogen werden kann.
Der vorbeschriebene Spannzylinder ist jedoch äußerst komplex aufgebaut. Wird die Prägeanlage bei einem Formatwechsel umgerüstet auf eine Prägeform mit einem anderen Durchmesser, so wird ein gesamter neuer Spannzylinder benötigt. Dies ist nicht nur kostenaufwändig, sondern auch zeitaufwändig, da jeweils der komplette Ausbau der Spannwelle und dabei auch das Trennen der Spannwelle von den Anschlüssen für die Druckluft und das Temperiermedium erforderlich sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen konstruktiv einfach aufgebauten Spannzylinder, der einerseits von innen temperierbar ist und der andererseits leicht von einer Prägeform auf eine andere Prägeform, insbesondere mit unterschiedlichen Durchmessern, umrüstbar ist und ein Verfahren zum Aufspannen zylindrischer Prägeformen vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Gemäß einer ersten Variante, bei der die Prägeform bzw. der Sleeve zum Aufschieben und Abziehen mittels Druckluft aufgeweitet wird, ist vorgesehen, dass die Druckluftleitungen in der Spannhülse verlaufen. Dazu erstreckt sich ein Leitungssystem in der Spannhülse zwischen mindestens einer Drucklufteintrittsöffnung und den radialen Druckluftaustrittsöffnungen in axialer und/ oder tangentialer Richtung.
Durch die Integration der Druckluftleitungen in die Spannhülse des Spannzylinders wird das Auswechseln der Spannhülse wesentlich erleichtert. Insbesondere braucht nicht der gesamte Spannzylinder ausgewechselt zu werden, wenn lediglich eine Spannhülse mit größerem Außendurchmesser zum Aufspannen einer Prägeform größeren Durchmessers eingesetzt werden soll. Die Antriebswelle und die Fixiereinrichtung zum Fixieren der Spannhülse koaxial zur Antriebswelle können beibehalten werden.
Grundsätzlich kann die Druckluftzuleitung durch die Antriebswelle hindurch und weiter in radialer Richtung durch die Halterung zum Fixieren der Spannhülse auf der Antriebswelle bis zur Spannhülse führen, ähnlich dem in der DE 100 39 744 A1 beschriebenen Prinzip. Eine fertigungstechnisch bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht jedoch vor, dass die Drucklufteintrittsöffnung an einer axialen Stirnseite der Spannhülse liegt. Die Druckluft kann dann zum Wechseln der Prägeform über flexible Schläuche in den stirnseitigen Anschluss eingeleitet werden. Ein weiterer damit erzielter Vorteil liegt darin, dass der Sleeve auch außerhalb der Prägeanlage auf die Spannhülse aufgeschoben und von dieser abgezogen werden kann, wenn der Spannzylinder so ausgebildet ist, dass die Spannhülse insgesamt von diesem lösbar ist, wie dies beispielsweise in der DE 10102 269 A1 durch Ausschwenken eines Lagers der Spannzylinderwelle vorgeschlagen wird.
Das Leitungssystem für die Druckluftleitungen kann als Kanalleitungssystem in der Spannhülse realisiert sein. Der Begriff "Kanalleitungssystem" bedeutet im vorliegenden Sinne ein Leitungssystem, welches im Vollmaterial der Spannhülse integriert ist. Ein solches Kanalleitungssystem kann beispielsweise in die als einfacher Hohlzylinder vorliegende Spannhülse gebohrt sein. Die Spannhülse kann aber auch durch zwei koaxiale und unmittelbar aneinander angrenzende Hohlzylinder gebildet sein, bei denen das Kanalsystem in die innere Oberfläche des außen liegenden Hohlzylinders und/oder in die äußere Oberfläche des innen liegenden Hohlzylinders gefräst ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Spannhülse als doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildet, wobei das Leitungssystem für die Druckluftleitungen als Rohrleitungssystem in dem zwischen den Zylinderwänden gebildeten Zwischenraum realisiert ist. Das Rohrleitungssystem kann ähnlich aufgebaut sein, wie das in der DE 100 39 744 A1 beschriebene Leitungssystem, befindet sich jedoch im Gegensatz dazu innerhalb der Spannhülse und wird daher bei einem Formatwechsel in einfacher Weise gemeinsam mit der Spannhülse von der Antriebswelle entfernt.
Die letztgenannte Variante, bei der die Spannhülse als doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildet ist, kann in effektiver Weise mit einer Temperiereinrichtung kombiniert werden, indem nämlich der Zwischenraum zwischen den beiden Zylinderwänden zur Aufnahme eines Temperierungsfluids genutzt wird. Der äußere Hohlzylinder der Spannhülse kann auf diese Weise über seine gesamte Fläche mittels des in den Zwischenraum geleiteten Temperierungsfluids von innen auf eine optimale Temperatur temperiert werden.
Andererseits kann die Temperierungseinrichtung in dem Zwischenraum zwischen den beiden Zylinderwänden als Rohrleitungssystem realisiert sein, durch welches das Temperierungsfluid hindurchgeleitet wird. Die Wärmeübertragung vom Temperierungsfluid auf den äußeren Hohlzylinder der Spannhülse ist in diesem Falle allerdings weniger effektiv und insbesondere ungleichförmig über die Oberfläche verteilt.
Liegt dagegen die Spannhülse als Vollkörper vor, in den die Druckluftleitungen als Kanalleitungssystem, wie vorstehend erläutert, integriert ist, so können darin in entsprechender Weise auch Leitungen für das Temperierungsfluid als Kanalleitungssystem realisiert sein.
Schließlich ist es auch möglich, die Temperiereinrichtung nicht in die Spannhülse selbst zu integrieren, sondern, wie in der DE 100 39 744 A1 beschrieben, den Hohlraum zwischen der Welle und der Spannhülse in axialer Richtung abzudichten, um das Temperierungsfluid in diesem Hohlraum aufzunehmen. Zu diesem Zweck kann die Welle hohlgebohrt sein, um das Temperierungsfluid zu- und abzuführen. Vorzugsweise umfasst die Welle getrennte Zu- und Abführungen, so dass das Temperierungsfluid kontinuierlich durch den Hohlraum hindurchströmen kann.
Das Durchströmen der Spannhülse selbst anstelle eines zwischen der Spannhülse und der Welle gebildeten Hohlraums bietet jedoch verschiedene Vorteile. Zum einen hängt die Temperierung der äußeren Spannhülsenoberfläche nur unwesentlich von der Dicke der Spannhülse ab. Das heißt, bei einem Formatwechsel von einer zylindrischen Prägeform (Sleeve) mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser auf eine Prägeform mit einem vergleichsweise großen Durchmesser braucht lediglich eine dünnwandige Spannhülse gegen eine entsprechend dickwandigere Spannhülse ausgetauscht zu werden, ohne dass sich dies auf die Temperierung der Spannhülsenoberfläche wesentlich auswirkt. Außerdem ist der Aufbau der Welle wesentlich unkomplizierter, was sich auf die Herstellungskosten und Stabilität der Welle positiv auswirkt. Darüber hinaus muss das Temperierungsfluid vor einem Wechsel einer Spannhülse gegen eine andere Spannhülse nicht aus dem System entleert werden, da das System bei Verwendung geeigneter, insbesondere selbstschließender Ventile hermetisch dicht ist. Schließlich bietet die Integration der Temperiereinrichtung in die Spannhülse Abdichtungsvorteile, da lediglich die Zu- und Abführungsanschlüsse abzudichten sind, was mittels geeigneter Ventile problemlos ist. Die Abdichtung des Hohlraums zwischen der Welle und der Spannhülse zur Aufnahme eines Temperierungsfluids ist demgegenüber wesentlich aufwändiger.
Zur Fixierung der Spannhülse koaxial auf der Welle dienen vorzugsweise auf der Welle sitzende Druckhülsen, die sich durch axiales Verspannen radial aufweiten, wodurch die Spannhülse auf der Druckhülse und damit auf der Welle festklemmt. Alternativ können auf der Welle montierte Spannbacken zum Fixieren der Spannhülse dienen, wie es nachfolgend im Zusammenhang mit einer zweiten Variante der Erfindung erläutert wird.
Die zweite erfindungsgemäße Variante betrifft einen Spannzylinder, bei dem der Sleeve mechanisch aufgeweitet wird, um ihn auf dem Spannzylinder zu fixieren. In diesem Falle dient die Fixiereinrichtung nicht nur zum Fixieren der Spannhülse auf der Welle. Vielmehr wird die Spannhülse mittels der Fixiereinrichtung radial so weit aufgeweitet, dass nicht nur die Spannhülse auf der Fixiereinrichtung festklemmt, sondern dass auch ein über die Spannhülse geschobener Sleeve auf der so aufgeweiteten Spannhülse festklemmt.
Die Aufweitung der Spannhülse ist mittels im Handel erhältlicher Druckhülsen nicht immer möglich, sondern bestenfalls im Falle sehr dünnwandiger Spannhülsen. Besser geeignet als Fixiereinrichtung ist daher für diese zweite erfindungsgemäße Variante der Einsatz von Spannbacken. Mit Spannbacken lassen sich wesentlich größere mechanische Kräfte radial von innen auf die Spannhülse aufbringen. Die Aufweitung unterschiedlich dicker Spannhülsen mit in etwa gleichem Innendurchmesser wird dadurch besonders einfach, so dass dieselben Spannbacken für Spannhülsen mit unterschiedlichem Außendurchmesser verwendbar sind. Für andere Durchmesserbereiche können die Spannbacken gegen entsprechend angepasste Spannbacken ausgewechselt werden. Somit können mit einer Welle alle gewünschten Sleevedurchmesser gefahren werden, indem entweder nur die Spannhülse oder die Spannhülse mit den Spannbacken ausgewechselt wird.
Die Temperierung der Spannhülse kann in derselben Weise realisiert sein, wie es in Bezug auf die erste Variante der Erfindung beschrieben wurde. Das heißt, es kann entweder ein Hohlraum zwischen der Welle und der Spannhülse mit einem Temperierungsfluid durchspült werden, wobei eine hohlgebohrte Welle zum Zu- und Ableiten des Temperierungsfluid dient. Oder aber die Temperiereinrichtung ist in die Spannhülse selbst integriert, in Form von Kühlschlangen, Kanälen, Bohrungen oder dergleichen, wie zuvor erläutert.
Die Spannhülse besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Aluminium vereinigt einige wesentliche Materialeigenschaften, indem es einerseits einen hohe Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten besitzt.
Andererseits ist Aluminium vergleichsweise elastisch, wodurch sich die Spannhülse ohne großen Aufwand elastisch aufweiten lässt, um den aufgezogenen Sleeve festzuspannen. Außerdem lässt sich Aluminium aufgrund seiner geringen Festigkeit leicht spanend bearbeiten, so dass die Feineinstellung des Außendurchmessers der Spannhülse in einfacher Weise durch Abdrehen der äußeren Oberfläche erfolgen kann.
Generell gilt für alle Varianten, insbesondere für die erste Variante, dass die äußerste Oberfläche der Spannhülse vorzugsweise oberflächenbehandelt ist, um diese gegen mechanische Beschädigung beim Aufziehen der Sleeves zu schützen. Bei der Oberflächenbehandlung handelt es sich vorzugsweise um eine Beschichtung mit mechanisch hartem Material (hard-coating), wie z.B. Sintermetall, keramische Verbindungen etc.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Figuren beschrieben. Darin zeigen:
Figur 1
schematisch einen Spannzylinder gemäß einer ersten Ausführungsform der ersten erfindungsgemäßen Variante,
Figur 2
schematisch einen Spannzylinder gemäß einer zweiten Ausführungsform der ersten erfindungsgemäßen Variante, und
Figur 3
schematisch eine Ausführungsform der zweiten erfindungsgemäßen Variante.
Figur 1 zeigt einen Spannzylinder gemäß einer ersten Ausführungsform der ersten erfindungsgemäßen Variante. Die Darstellung in Figur 1 gibt die Konstruktion lediglich schematisch wieder, wobei für die Erfindung unwesentliche Bestandteile nicht dargestellt sind. Der Spannzylinder 1 umfasst eine Antriebswelle 2 sowie eine Spannhülse 3, die auf zwei Wellenabsätzen 4 mit erweitertem Durchmesser mittels Fixiereinrichtungen 5 aufgespannt ist.
Die Fixiereinrichtung 5 ist hier als Druckhülse ausgeführt und arbeitet nach dem Prinzip, dass eine axiale Kompression der Druckhülse eine radiale Ausdehnung derselben bewirkt. Die axiale Kompressionskraft wird mittels einer schematisch dargestellten Stellmutter 6 auf die in Figur 1 links dargestellte Druckhülse 5 aufgebracht und mittels eines Distanzrohrs 7 auf die am gegenüberliegenden Wellenende angeordnete Druckhülse 5 übertragen, so dass beide Druckhülsen 5 mittels der Stellmutter 6 im gleichen Maße axial komprimiert und dadurch radial aufgeweitet werden. Die Spannhülse 3 kann auf diese Weise mit oder ohne aufgespanntem Sleeve auf die Druckhülsen 5 aufgeschoben werden und durch Anziehen der Stellmutter 6 mit den Druckhülsen 5 verspannt und so auf der Welle 2 fixiert werden. In umgekehrter Weise kann die Spannhülse 3 wieder von der Welle 2 abgezogen werden.
Mit auf die Spannhülse 3 aufgespanntem Sleeve (in Figur 1 nicht dargestellt) kann der Spannzylinder 1 in einer Prägeanlage als Prägewalze bzw. Prägezylinder verwendet werden. Der Sleeve kann auf die Spannhülse 3 aufgezogen werden, bevor oder nachdem die Spannhülse auf der Welle 2 montiert wird. Zu diesem Zweck ist in der Spannhülse 3 ein Druckluftleitungssystem 8 mit ein oder mehreren Drucklufteintrittsöffnungen 9 an einer Stirnseite der Spannhülse 3 und mit über die Oberfläche 10 der Spannhülse 3 verteilt angeordneten radialen Druckluftaustrittsöffnungen 11 vorgesehen. Die stirnseitigen Drucklufteintrittsöffnungen 9 weisen ein nicht näher dargestelltes Anschlusssystem zum Anschließen einer Druckluftzuleitung auf. Es ist aber nicht ausgeschlossen, die Fixiereinrichtung so abzuwandeln, dass die Druckluftzuleitung in das Druckluftleitungssystem 8 der Spannhülse 3 durch die Welle 2 in die radial innen liegende Oberfläche der Spannhülse 3 erfolgt. Wie eingangs erläutert, wird der Sleeve beim Aufschieben auf die Spannhülse 3 durch die aus der Spannhülsenoberfläche 10 austretende Druckluft aufgeweitet und lässt sich auf dem zwischen dem Sleeve und der Spannhülse 3 entstehenden Luftpolster in einfacher Weise auf die Spannhülse 3 aufziehen. Nach Abschalten der Druckluft entsteht ein guter, flächiger Kontakt zwischen der Spannhülse 3 und dem aufgezogenen Sleeve, wodurch der Sleeve durch Reibung auf der Spannhülse 3 fixiert ist.
Unter "Druckluft" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jegliches gasförmige Medium zu verstehen, das für die vorbeschriebenen Zwecke geeignet ist.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Spannzylinder 1 wird die Spannhülse 3 durch zwei Druckhülsen 5 an den beiden axialen Enden der Spannhülse 3 fixiert. Bei längeren Spannhülsen kann es sinnvoll sein, die Spannhülse 3 an mehr als zwei Stellen zu stützen. Dazu werden drei oder mehr Fixiereinrichtungen 5 über die axiale Länge der Welle 2 verteilt angebracht.
Die Spannhülse 3 wird mittels eines Temperierungsfluids von innen gekühlt. Dazu sieht die in Figur 1 dargestellte erste Ausführungsform der ersten erfindungsgemäßen Variante einen axial abgedichteten Hohlraum 12 zwischen der Welle 2 und der Spannhülse 3 vor, durch den ein Temperierungsfluid, beispielsweise Wasser, hindurchgeleitet wird. Damit der Hohlraum 12 nicht durch das Distanzrohr 7 von der Spannhülse 3 getrennt ist, besitzt das Distanzrohr 7 zahlreiche Passagen 13, durch die das Temperierungsfluid in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Spannhülse 3 gelangt. Die Strömung des Temperierungsfluids ist in Figur 1 mit Pfeilen angedeutet. Durch eine Zuleitung 14 in der hohlgebohrten Welle 2 wird das Temperierungsfluid einem Ende des Hohlraums 12 zugeleitet, durchströmt den Hohlraum 12 und wird wieder durch die hohlgebohrte Welle 2 koaxial zur Zuleitung 14 abgeführt. Eine Dichtung 15 in der hohlgebohrten Welle 2 ist vorgesehen, um einen Strömungskurzschluss zu verhindern.
Die Spannhülse 3 besteht vorzugsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen Material mit hohem Wärmeleitungskoeffizienten, um einen auf der Spannhülsenoberfläche 10 aufgespannten Sleeve möglichst effektiv mittels des durch den Hohlraum 12 strömenden Temperierungsfluids zu temperieren, das heißt entweder zu kühlen, wenn beispielsweise in exoterm vernetzende Lacke geprägt wird, oder zu erwärmen, wenn in warm aushärtende Lacke geprägt wird. Die Wärme wird in der Spannhülse 3 aufgrund ihrer geringen Wandstärke gut geleitet, so dass beim Betrieb der Prägeanlage eine schnelle Temperierung erzielt wird. Der Betriebspunkt der Anlage ist rasch erreicht, Zeitverluste während des Anfahrens werden minimiert.
Die Zu- und Ableitung des Temperierungsfluids erfolgt durch einen nicht dargestellten Zwei-Wege-Rotordichtkopf, der auf der entsprechenden Seite der Antriebswelle montiert ist. Ein derartiger Rotordichtkopf sowie auch die Druckhülsen 5 sind übliche, im Handel erhältliche Zukaufteile.
Im Falle eines Formatwechsels auf einen Sleeve mit anderem Durchmesser braucht lediglich die Spannhülse 3 gegen eine Spannhülse mit entsprechendem Außendurchmesser ausgetauscht zu werden, ohne dass dazu die Welle 2 aus der Prägeanlage ausgebaut werden muss. Beispielsweise kann die Spannhülse 3 in der Weise von der Welle 2 abgezogen werden, wie es in der eingangs erwähnten DE 101 02 269 A1 erläutert wird, indem lediglich ein Wellenende, sinnvollerweise das vom Rotordichtkopf entfernt liegende Ende, der Welle 2 ausgeschwenkt wird. Lediglich der Innendurchmesser der Spannhülsen ist durch die Geometrie der Fixiereinrichtung vorgegeben. Der Außendurchmesser ist in einem gewissen Bereich wählbar, solange eine effektive Wärmeübertragung durch die Spannhülse hindurch möglich ist. Ab einer gewissen Dicke der Spannhülse 3 ist es sinnvoll, mit dem Austausch der Spannhülse auch andere Druckhülsen mit einem entsprechend größeren Außendurchmesser einzusetzen. Auch der Austausch der Druckhülsen ist ohne Ausbau der Welle und ohne jegliche Anpassung des Druckluft- und/oder Temperierungsfluidleitungssystems möglich. Eine Neuanfertigung eines gesamten Spannzylinders bei einem Formatwechsel wird somit nicht erforderlich, da der gesamte innere Aufbau des Spannzylinders beibehalten bleibt.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Spannzylinders gemäß der ersten erfindungsgemäßen Variante. Diese zweite Ausführungsform ist gegenüber der Ausführungsform gemäß Figur 1 insoweit optimiert, als der konstruktive Aufwand für die Temperierung reduziert und die Temperierung auch effektiver ist. Wie schon bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 wird die Spannhülse 3 auf Druckhülsen 5 aufgespannt, die durch ein Distanzrohr 7 voneinander beabstandet sind und mittels einer Stellmutter 6 axial komprimiert werden, so dass sie sich radial aufweiten, um auf diese Weise die darüber geschobene Spannhülse 3 auf den Wellenabsätzen 4 der Welle 2 festzuklemmen.
Anders als bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird aber nicht der Hohlraum 12 zwischen der Welle 2 und der Spannhülse 3 von Temperierungsfluid durchströmt, sondern das Temperierungsfluid wird durch die Spannhülse 3 selbst geleitet. Zu diesem Zweck besitzt die Spannhülse 3 mindestens eine Zuführöffnung 16 und mindestens eine Abführöffnung 17 zur Zu- und Ableitung des Temperierungsfluids. Die Welle 2 ist nur in einem vorderen Bereich hohlgebohrt und besitzt koaxiale Zu- und Ableitungen 14, 18, die wiederum zu einem nicht dargestellten Zwei-Wege-Rotordichtkopf führen. Von der Zuleitung 14 und der Ableitung 18 wird das Temperierungsfluid außerhalb des Spannzylinders 1 beispielsweise durch flexible Schläuche, die in Figur 2 lediglich schematisch durch Strichlinien angedeutet sind, der Zuführöffnung 16 der Spannhülse 3 zugeleitet bzw. von der Abführöffnung 17 der Spannhülse 3 zur Welle 2 zurückgeleitet.
Die Zuführ- und Abführöffnungen 16,17 sind vorzugsweise als Schnellkupplungsventile ausgeführt, die im entkuppelten Zustand selbsttätig schließen. Dadurch werden zwei Vorteile erzielt. Einerseits lässt sich das Temperierungssystem schnell von der Spannhülse 3 entkoppeln, wodurch ein Auswechseln der Spannhülse 3 mit oder ohne aufgespanntem Sleeve rasch erfolgen kann, und andererseits ist es nicht erforderlich, das Temperierungssystem für einen Wechsel der Spannhülse 3 zuvor zu entleeren. Vielmehr kann das Temperierungsfluid in der Spannhülse 3 verbleiben.
Das Aufziehen des Sleeves auf die Spannhülse 3 erfolgt, wie im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, mittels Druckluft über ein in die Spannhülse 3 integriertes Druckluftleitungssystem, welches in Figur 2 nicht explizit dargestellt ist. Die Spannhülse 3 kann dazu auf verschiedene Weise aufgebaut sein.
Gemäß einer ersten Alternative wird die Spannhülse 3 durch einen Hohlzylinder gebildet, worunter auch zwei oder mehr koaxial ineinander geschobene Hohlzylinder zu verstehen sind, deren Außen- und Innendurchmesser entsprechend aneinander angepasst sind. In diesen Hohlzylinder werden dann die Druckluft- und Temperierungsfluidleitungssysteme als Kanalleitungssysteme integriert, beispielsweise hineingefräst oder -gebohrt.
Gemäß einer zweiten Alternative besteht die Spannhülse aus einem doppelwandigen Hohlzylinder, wobei sowohl das Druckluftleitungssystem als auch das Temperierungsfluidleitungssystem als Rohrleitungssystem in dem Zwischenraum zwischen den beiden Zylinderwänden realisiert sind. Das Temperierungsfluidleitungssystem kann beispielsweise durch eine oder mehrere Temperierungsschlangen gebildet sein.
Gemäß einer dritten Alternative besteht die Spannhülse 3 wiederum aus einem doppelwandigen Hohlzylinder, wobei aber lediglich die Druckluftleitungen in dem Zwischenraum zwischen den beiden Zylinderwänden als Rohrleitungssystem realisiert sind und der Zwischenraum im Übrigen von dem Temperierungsfluid im Wesentlichen ungehindert durchflossen wird. In dem Zwischenraum können Trennwände vorgesehen sein, die eine kammer- oder labyrinthartige, insbesondere mäanderförmige Führung des Temperierungsfluids durch den Zwischenraum von der Zuführöffnung 16 zur Abführöffnung 17 garantieren, um einen Strömungskurzschluss zwischen Zuführ- und Abführöffnung 16,17 zu vermeiden.
Die Temperierung der Spannhülsenoberfläche 10 ist mit der in Figur 2 dargestellten Spannhülse 3 besonders schnell einstellbar, weil im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Figur 1 nicht die gesamte Welle temperiert wird, sondern nur die Spannhülse 3. Dadurch wird bei der Folienprägung ein stationärer Betriebszustand rascher erreicht.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform gemäß der zweiten Variante der Erfindung. Der wesentliche Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß Figuren 1 und 2 besteht in der Art und Weise des Aufspannens eines Sleeves auf die Spannhülse 3. Denn anders als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird der Sleeves nicht mittels Druckluft aufgeweitet, um ihn über die Spannhülse 3 schieben zu können, sondern vielmehr besitzt die Spannhülse 3 bei Umgebungstemperatur zunächst einen kleineren Durchmesser als der Sleeve, so dass der Sleeve ohne weiteres auf die Spannhülse 3 aufgezogen werden kann. Erst anschließend wird die Spannhülse 3 mittels Spannbacken 19 radial aufgeweitet, so dass der auf die Spannhülse 3 aufgeschobene Sleeve festsitzt.
Die Spannbacken 19 übernehmen dabei zwei Funktionen. Die erste Funktion besteht darin, durch Anziehen der Spannbacken 19 die Spannhülse 3 auf den Wellenabsätzen 4 der Welle 2 mechanisch zu fixieren, und die weitere Funktion besteht darin, durch weiteres Anziehen der Spannbacken 19 die Spannhülse 3 aufzuweiten, um dadurch - wie vorbeschrieben - einen auf die Spannhülse 3 aufgeschobenen Sleeve zu fixieren.
Die Temperierung der Spannhülse 3 erfolgt auf dieselbe Weise, wie es in Bezug auf die Ausführungsform gemäß Figur 1 erläutert wurde, indem ein Temperierungsfluid durch die hohlgebohrte Welle 2 und einen Hohlraum 12 zwischen der Spannhülse 3 und der Welle 2 gespült wird. Alternativ dazu kann die Spannhülse 3 auch unmittelbar von einem Temperierungsfluid durchströmt werden, analog zu der Ausführungsform gemäß Figur 2.
Im Falle längerer Spannhülsen 3, insbesondere mit einer Länge über 400 mm, ist es zweckmäßig, weitere Spannvorrichtungen zum Aufweiten und Abstützen der Spannhülse 3 über die axiale Länge der Welle 2 zu verteilen.
Anstelle der Spannbacken 19 können auch andere Spann- bzw. Fixiervorrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise die in Bezug auf die Figuren 1 und 2 erwähnten Spannhülsen, sofern darüber genug radiale Kräfte auf die Spannhülse 3 aufbringbar sind, um die Spannhülse um das gewünschte Maß aufzuweiten.
Mit der Spannvorrichtung gemäß Figur 3 werden dieselben Vorteile erzielt wie mit den Spannvorrichtungen gemäß Figuren 1 und 2. Insbesondere ist ein Formatwechsel von einem Durchmesser auf einen anderen Durchmesser problemlos möglich, ohne dass dazu der Spannzylinder aus der Prägeanlage ausgebaut werden muss. Denn da der Innendurchmesser der Spannhülsen 3 durch die Spannbacken 19 vorgegeben ist, können Spannhülsen 3, die sich lediglich in ihrem Außendurchmesser voneinander unterscheiden, gegeneinander ausgetauscht werden. Der Außendurchmesser der Spannhülse 3 ist in einem Bereich wählbar, solange die Spannhülse 3 sich noch mechanisch mittels der Spannbacken 19 aufweiten lässt. Somit sind bei einem Formatwechsel nur die Spannhülse und ggf. auch die Spannbacken anzupassen, während der gesamte innere Aufbau des Spannzylinders beibehalten bleibt. Insbesondere ist eine Neuanfertigung eines gesamten Spannzylinders beim Formatwechsel nicht erforderlich.

Claims (16)

  1. Spannzylinder (1) zum Aufspannen zylindrischer Prägeformen für Prägewalzen, umfassend
    eine Welle (2),
    eine Spannhülse (3) mit einer äußeren eventuell mit hard-coating versehnen Oberfläche (10) zum Aufspannen einer zylindrischen Prägeform,
    eine Fixiereinrichtung (5) zum Fixieren der Spannhülse (3) koaxial auf der Welle (2),
    eine Temperiereinrichtung zum Temperieren der Oberfläche (10) der Spannhülse (3), und
    eine Einrichtung zum Lösen der Prägeform von der Oberfläche mittels Druckluft, indem mindestens eine Drucklufteintrittsöffnung (9) und radiale Druckluftaustrittsöffnungen (11) in der Spannhülse (3) vorgesehen sind, durch die hindurch Druckluft aus der Oberfläche (10) ausströmen kann, um eine über die Spannhülse (3) geschobene zylindrische Prägeform aufzuweiten,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse zwischen der mindestens einen Drucklufteintrittsöffnung (9) und den Druckluftaustrittsöffnungen (11) ein sich axial und/oder tangential in der Spannhülse (3) erstreckendes Druckluftleitungssystem (8) umfasst.
  2. Spannzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Drucklufteintrittsöffnung (9) an einer axialen Stirnseite der Spannhülse (3) liegt.
  3. Spannzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Drucklufteintrittsöffnung (9) an einer radial innen liegenden Oberfläche der Spannhülse (3) liegt.
  4. Spannhülse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckluftleitungssystem (8) als Kanalleitungssystem in der Spannhülse (3) realisiert ist.
  5. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (3) als doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildet und das Druckluftleitungssystem (8) als Rohrleitungssystem in dem zwischen den Zylinderwänden gebildeten Hohlraum realisiert ist.
  6. Spannzylinder (1) zum Aufspannen zylindrischer Prägeformen für Prägewalzen, umfassend
    eine Welle (2),
    eine Spannhülse (3) mit einer äußeren eventuell mit hard-coating versehenen Oberfläche (10) zum Aufspannen einer zylindrischen Prägeform,
    eine Fixiereinrichtung (19) zum Fixieren der Spannhülse (3) auf der Welle (2), und
    eine Temperiereinrichtung zum Temperieren der Oberfläche (10) der Spannhülse (3),
    dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (3) mittels der Fixiereinrichtung (19) radial derart aufweitbar ist, dass die Spannhülse (3) auf der Fixiereinrichtung (19) festklemmt und darüber hinaus eine über die Spannhülse (3) geschobene Prägeform auf der Oberfläche (10) der Spannhülse (3) festklemmbar ist.
  7. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung (15,19) eine Druckhülse umfasst.
  8. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung (15,19) eine Spannbacke umfasst.
  9. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung zwischen der Welle (2) und der Spannhülse (3) einen axial abgedichteten Hohlraum (12) zur Aufnahme eines Temperierungsfluids umfasst.
  10. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung in der Spannhülse als Kanalleitungssystem zur Durchströmung mittels eines Temperierungsfluids realisiert ist.
  11. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 bis 8, bei dem die Spannhülse als doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildet ist, wobei an den Zwischenraum zwischen den Zylinderwänden mindestens eine Zuführöffnung (16) und eine Abführöffnung (17) zur Zu- und Ableitung eines Temperierungsfluids vorgesehen ist.
  12. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 bis 8, bei dem die Spannhülse als doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildet ist, wobei die Temperiereinrichtung zwischen den Zylinderwänden als Rohrleitungssystem zur Durchströmung mittels eines Temperierungsfluids realisiert ist.
  13. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) hohlgebohrt ist und zur Zu- und Abführung des Temperierungsfluids dient.
  14. Spannzylinder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) getrennte Zu- und Abführungen (14,18) umfasst, so dass das Temperierungsfluid kontinuierlich zu- und abgeführt werden kann.
  15. Spannzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (3) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
  16. Verfahren zum Aufspannen einer zylindrischen Prägeform für eine Prägewalze unter Verwendung eines Spannzylinders nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15.
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