DE10046356A1 - Device for driving a print roller for transporting material for exposure or printing, includes ceramic ring mounted on drive and on to which the print roller drive engages - Google Patents
Device for driving a print roller for transporting material for exposure or printing, includes ceramic ring mounted on drive and on to which the print roller drive engagesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb einer Printwalze zum Trans port von zu belichtendem oder zu bedruckendem Material, insbesondere stimu lierbaren Phosphorfolien und/oder Röntgenblattfilmen, lichtempfindlichem Mate rial oder Inkjetpapier nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a device for driving a print roller for trans port of material to be exposed or printed, in particular stimu adjustable phosphor films and / or X-ray sheet films, light-sensitive mate rial or inkjet paper according to the preamble of claim 1.
In der DE 40 21 660 C1 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1 gezeigt und erläutert. Das Verfahren der zeilenweisen Einbelichtung von fotoempfindlichem Material verlangt sehr hohe Genauigkeiten in der Trans portgeschwindigkeit des zu belichtenden Materials. Bereits ein Dichteunterschied bei Gitterstrukturen um 0,7 Lp/mm in einer Größe von 0,0021 D ist für das menschliche Auge erkennbar. Hieraus ergibt sich, dass die Einhaltung dieser Parameter die Einhaltung einer Geschwindigkeitstoleranz von Δv = 0,09% für die kritische Ortsfrequenz verlangt. Weiterhin liegt bei einer Transportgeschwin digkeit von 46 mm/s die kritische Drehschwingungsfrequenz bei 65 Hz und bei einer Transportgeschwindigkeit von 100 mm/s bei einer Drehschwingungsfre quenz von 143 Hz. Um Dichteunterschiede zu vermeiden, die für das menschli che Auge sichtbar sind, dürfen beim Antrieb nur Schwingungen auftreten, die weit über diesen kritischen Drehschwingungsfrequenzen liegen. Sollen noch hö here Transportgeschwindigkeiten erreicht werden, so müssen Frequenzen realisiert werden, die noch weit über diesen bereits sehr hohen Eigenfrequenzen liegen.DE 40 21 660 C1 describes a device according to the preamble of the An Proof 1 shown and explained. The process of line-by-line exposure of photosensitive material requires very high accuracy in the trans port speed of the material to be exposed. Already a difference in density for lattice structures around 0.7 Lp / mm in a size of 0.0021 D is for that human eye recognizable. It follows that compliance with this Parameters compliance with a speed tolerance of Δv = 0.09% for the critical spatial frequency requires. There is also a transport speed of 46 mm / s the critical torsional vibration frequency at 65 Hz and at a transport speed of 100 mm / s with a torsional vibration frequency of 143 Hz. In order to avoid differences in density that are visible eye, only vibrations may occur in the drive that are far above these critical torsional frequencies. Should still Transport speeds can be reached here, so frequencies be realized that are still far above these already very high natural frequencies lie.
Derart hohe Genauigkeitsanforderungen sind auch mit dem in der DE 40 21 660 C1 beschriebenen Antriebskonzept nicht zu realisieren. Andere Antriebskonzepte mußten bei der Suche nach einer alternativen Lösung eben falls ausscheiden, da es weiterhin darauf ankommt, Stöße von außen auf die Walze zu vermeiden bzw. zu minimieren. Darüber hinaus muß eine Entkopplung des Antriebs so erfolgen, dass die entstehenden Eigenfrequenzen nennenswert von der kritischen Frequenz abweichen, im vorliegenden Fall somit beträchtlich darüber liegen.Such high accuracy requirements are also with that in the DE 40 21 660 C1 described drive concept not to be realized. Other Drive concepts had to be found when looking for an alternative solution if eliminated, since it is still important to knock on the outside Avoid or minimize the roller. In addition, decoupling of the drive so that the resulting natural frequencies are noteworthy deviate from the critical frequency, thus considerable in the present case lie above.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die Printwalze derart antreibbar ist, dass extrem hohe Konstanz der Transportgeschwindigkeit erzielt wird.The invention is therefore based on the object of a device at the outset mentioned type so that the print roller can be driven in such a way that extremely high constancy of the transport speed is achieved.
Das erfindungsgemäße Antriebskonzept mit einem direkt am Walzenumfang angreifenden Antrieb ermöglicht den Transport von zu belichtendem oder zu be druckendem Material mit sehr hoher Konstanz der Transportgeschwindigkeit über einen großen Bereich einstellbarer Geschwindigkeiten. Durch Umgehen der kritischen Stelle der Printachse, über die Schwingungen leicht übertragbar sind, wird die Steifigkeit des Systems maßgeblich erhöht. Ferner bewirkt eine An kopplung des Antriebs direkt am Eingang der Walze, dass die entstehenden Eigenfrequenzen des angetriebenen Printwalzensystems sehr hoch realisiert werden können.The drive concept according to the invention with a directly on the roller circumference attacking drive enables the transport of to be exposed or to be printing material with very high consistency of transport speed over a wide range of adjustable speeds. By bypassing the critical point of the print axis, through which vibrations can be easily transmitted, the rigidity of the system is significantly increased. Furthermore, an on coupling the drive directly to the entrance of the roller that the emerging Natural frequencies of the driven print roller system realized very high can be.
Die Verwendung eines am Umfang angreifenden Piezoantriebs hat dann weiter hin den Vorteil, dass der Antrieb nur einen kleinen Bauraum beansprucht und recht geringe Fertigungskosten verursacht, da er die sehr anspruchsvollen Spezialtechnologien, wie sie z. B. die Herstellung von Reibrädern darstellen, umgeht. Somit können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hohe Genauig keitsanforderungen eingehalten werden, ohne dass die einzelnen Komponenten der Vorrichtung eine hohe Fertigungsgenauigkeit aufweisen müssen.The use of a piezo drive attacking the circumference then continues hin the advantage that the drive takes up only a small space and causes quite low manufacturing costs since it is the very demanding one Special technologies such as B. represent the manufacture of friction wheels, deals. Thus, the device according to the invention can be used with high accuracy requirements are met without the individual components the device must have high manufacturing accuracy.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Piezomotoren vorgesehen, welche am Umfang der Printwalze angreifen. Vorteilhafterweise sind diese mehreren Piezomotoren gleichmäßig über den Umfang der Printwalze verteilt. So können beispielsweise vier Piezomotoren vorgesehen sein, welche jeweils im 90-Grad-Winkel zueinander angeordnet sind.In an advantageous embodiment of the invention, there are several piezomotors provided which attack the circumference of the print roller. Advantageously these several piezomotors are even over the circumference of the print roller distributed. For example, four piezomotors can be provided, which are each arranged at a 90-degree angle to each other.
Damit die Piezomotoren einen guten Angriff an die Printwalze haben, ist vorteil hafterweise ein Keramikring an der Printwalze angebracht. An diesem Keramik ring wird der Kontakt zu den Piezomotoren hergestellt. Es können auch andere Materialien mit hohem Reibungskoeffizienten gewählt werden.So that the piezomotors have a good attack on the print roller is an advantage a ceramic ring is attached to the print roller. On this ceramic the contact to the piezomotors is established. Others can Materials with a high coefficient of friction can be selected.
Im Piezomotor selbst sind als Kernstück ein Quarz oder mehrere Quarze einge baut. Diese werden im Betrieb mit ihrer Resonanzfrequenz, beispielsweise 40 kHz, angesteuert. Die Piezoquarze führen in Abhängigkeit der Höhe der ange legten Spannung Kontraktionen entsprechender Amplitude aus. Dabei entstehen im Piezosystem Mikrostöße, welche die Walze antreiben. Um einen optimalen Gleichlauf des Systems zu gewährleisten, wird dieses Antriebssystem vorteil hafterweise geregelt. Hierfür mißt ein Drehgeber die Winkelgeschwindigkeit der Printwalze, welche aktuell mit dem Piezomotor-Antrieb erreicht wird. Dieser er mittelte Istwert wird mit einem Sollwert verglichen und daraufhin die Regelabwei chung festgestellt. Abhängig von dieser Regelabweichung wird der Piezomotor entsprechend anders angesteuert.A quartz or several quartzes are inserted as the core of the piezomotor itself builds. These are operated at their resonance frequency, for example 40 kHz, controlled. The piezo quartz lead depending on the height of the designed voltage contractions of appropriate amplitude. This creates in the piezo system micro-impulses that drive the roller. For an optimal To ensure that the system runs in sync, this drive system is advantageous legally regulated. For this, an encoder measures the angular velocity of the Print roller, which is currently achieved with the piezo motor drive. This he the average actual value is compared with a target value and then the control deviation determined. The piezomotor is dependent on this control deviation accordingly controlled differently.
Die Resonanzfrequenz der Piezoquarze liegt - wie bereits erwähnt - bei ca. 400 kHz. Diese Frequenz liegt weit oberhalb der sichtbaren Frequenz, in welcher für das Auge merkliche Fehler auf dem zu belichtenden oder be druckenden Medium sichtbar werden können. As already mentioned, the resonance frequency of the piezo crystals is included approx. 400 kHz. This frequency is far above the visible frequency, in which is noticeable to the eye on the subject to be exposed or be printing medium can be visible.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, den aus der DE 40 21 660 C1 bekannten Antrieb zu verwenden, diesen jedoch ebenfalls am Umfang der Walze angreifen zu lassen. Durch das Angreifen am Umfang kann mit diesem Konzept ebenfalls die geforderte Steifigkeit realisiert werden, aller dings weist dieses Antriebskonzept im Gegensatz zum Piezomotor ein ungünsti geres Langzeitverhalten auf. Dennoch kann es - ebenso wie jeder andere An trieb - als Alternative, z. B. im geregelten Gleichstrommotor mit Getriebe, ge nutzt werden, sobald man es am Umfang angreifen läßt.Another advantageous embodiment provides that from the DE 40 21 660 C1 known drive to use, but this also on Let the circumference of the roller attack. By attacking the perimeter the required rigidity can also be achieved with this concept, all of them However, in contrast to the piezomotor, this drive concept is unfavorable long-term behavior. Nevertheless, it can - just like everyone else drove - as an alternative, e.g. B. in regulated DC motor with gear, ge be used as soon as you let it attack the scope.
Ferner ist es vorteilhaft, auch andere Motoren, welche für den Antrieb einer Printwalze genutzt werden können - wie z. B. Gleichstrom-, Wechselstrom-, Drehstrom- oder Reluktanzmotoren - am Umfang der Walze angreifen zu las sen. Allerdings können diese Motoren die Gleichlaufanforderungen nur selten erfüllen.It is also advantageous to use other motors which are used to drive a Print roller can be used - such. B. DC, AC, Three-phase or reluctance motors - attack on the circumference of the roller to read sen. However, these motors rarely meet the synchronization requirements fulfill.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to drawings. Show it:
Fig. 1 beispielhaft eine über ein am Umfang angreifendes Reibradgetriebe an getriebene Printwalze in einer perspektivischen Ansicht, und Fig. 1 as an example a, an engaging on the periphery of a friction gear driven press roller in a perspective view and
Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in einer schematischen Draufsicht, Fig. 2 shows the arrangement according to Fig. 1 in a schematic plan view,
Fig. 3 eine mittels am Umfang angreifender Piezomotoren angetriebenen Print walze in einer perspektivischen Ansicht und Fig. 3 is a driven by means of attacking the periphery piezomotors press roller in a perspective view and
Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 3 in einer schematischen Draufsicht. Fig. 4 shows the arrangement of FIG. 3 in a schematic plan view.
In den Figuren ist die Vorrichtung zum Antrieb einer Walzenanordnung zum Transport von blattförmigem Material nur insoweit dargestellt, als sie im vorlie genden Fall von Belang ist. Die Walzenanordnung besteht hier aus einer einzelnen Walze 1. Die Walzenanordnung kann aber genauso gut auch aus einem Band mit zwei Walzen bestehen, wobei dann zumindest eine Walze als Antriebswalze dient und in der erfindungsgemäßen Weise angetrieben wird.In the figures, the device for driving a roller arrangement for transporting sheet material is only shown to the extent that it is relevant in the present case. The roller arrangement here consists of a single roller 1 . However, the roller arrangement can just as well consist of a belt with two rollers, at least one roller then serving as the drive roller and being driven in the manner according to the invention.
Die im vorliegenden Fall die Walzenanordnung symbolisierende Walze 1 ist auf beiden Seiten mit Lagerzapfen 2 versehen, die zur Lagerung der Walze 1 in einem Gestell 3 dienen. An dem Gestell 3 kann weiterhin ein Meßsystem 4 vor gesehen sein, mit dem z. B. die Drehzahl bzw. die Geschwindigkeit der Walze 1 gemessen und/oder überwacht werden kann.The roller 1 , which symbolizes the roller arrangement in the present case, is provided on both sides with bearing journals 2 , which serve to mount the roller 1 in a frame 3 . On the frame 3 , a measuring system 4 can be seen before, with the z. B. the speed or the speed of the roller 1 can be measured and / or monitored.
An einer Stirnseite der Walze 1 ist koaxial zur Lagerachse der Walze 1 ein Ab triebsrad 5 angeordnet, welches Bestandteil der Walze 1 ist. An diesem Abtriebs rad 5 greift ein Antrieb an.At one end of the roller 1 , a drive wheel 5 is arranged coaxially to the bearing axis of the roller 1 , which is part of the roller 1 . At this output wheel 5 engages a drive.
Der Antrieb besteht in der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsform im wesentlichen aus einem Schrittmotor 6, aus einer ersten Reibwelle 9 und aus einer zweiten Reibwelle 10. Zwischen dem Schrittmotor 6 und der ersten Reib welle 9 ist eine drehsteife Kupplung 8 vorgesehen, die über einen Träger flansch 7 an den Schrittmotor 6 angeflanscht ist. Die erste Reibwelle 9 ist an ihrem einen Ende mit der Kupplung 8 verbunden und weist an ihrem anderen Ende ein Reibrad 9a auf. Dieses Reibrad 9a steht in Eingriff mit einem im Durchmesser größeren Reibrad 10a, das an der zweiten Reibwelle 10 angeord net ist, und treibt dieses an. An dem dem größeren Reibrad 10a abgewandten Ende ist an der zweiten Reibwelle 10 eine Antriebswelle 11 ausgebildet, die an dem Abtriebsrad 5 der Walze 1 anliegt und dieses antreibt.The system is composed as shown in Fig. 1 and Fig. 2 embodiment illustrated consists essentially of a step motor 6, of a first friction shaft 9 and a second friction shaft 10th Between the stepper motor 6 and the first friction shaft 9 , a torsionally rigid coupling 8 is provided, which is flange 7 via a carrier flange to the stepper motor 6 . The first friction shaft 9 is connected at one end to the clutch 8 and has a friction wheel 9 a at its other end. This friction wheel 9 a is in engagement with a larger diameter friction wheel 10 a, which is net angeord on the second friction shaft 10 , and drives this. At the end facing away from the larger friction wheel 10 a, a drive shaft 11 is formed on the second friction shaft 10 , which abuts on the driven wheel 5 of the roller 1 and drives it.
Damit eine feste Anlage der Antriebswelle 11 an dem Abtriebsrad 5 der Walze 1 gewährleistet ist, ist die zweite Reibwelle 10 an Pendelhebeln 12 gelagert und über eine Feder in Richtung auf das Abtriebsrad 5 vorgespannt. Diese Feder ist vorzugsweise über eine Stellschraube 13 einstellbar und erzeugt eine Kraft FFeder, die in einem Abstand b von dem Reibrad 10a angreift, der größer ist als der Abstand a vom Angriffspunkt der Feder bis zum Angriffspunkt der Antriebs welle 11 an dem Abtriebsrad 5, so dass die Antriebswelle 11 immer in reibendem Kontakt mit der Abtriebswelle 5 der Walze 1 gehalten wird.So that a firm contact of the drive shaft 11 with the driven wheel 5 of the roller 1 is ensured, the second friction shaft 10 is mounted on pendulum levers 12 and is biased by a spring in the direction of the driven wheel 5 . This spring is preferably adjustable via an adjusting screw 13 and generates a force F spring , which acts at a distance b from the friction wheel 10 a, which is greater than the distance a from the point of application of the spring to the point of application of the drive shaft 11 on the driven wheel 5 , so that the drive shaft 11 is always kept in frictional contact with the output shaft 5 of the roller 1 .
Infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird somit eine vom Schrittmo tor 6 erzeugte Drehung über die Kupplung 8 auf die erste Reibwelle 9 und folg lich auch auf deren Reibrad 9a übertragen. Die Drehung des Reibrades 9a über trägt sich auf das Reibrad 10a der zweiten Reibwelle 10 und auf deren Antriebs welle 11. Diese liegt in reibendem Kontakt an dem Abtriebsrad 5 der Walze 1 an und setzt diese in Bewegung.As a result of the configuration according to the invention, a rotation generated by the step motor 6 is transmitted via the clutch 8 to the first friction shaft 9 and consequently also to the friction wheel 9 a thereof. The rotation of the friction wheel 9 a carries on the friction wheel 10 a of the second friction shaft 10 and on the drive shaft 11th This is in frictional contact with the driven wheel 5 of the roller 1 and sets it in motion.
Durch eine entsprechende Bemessung der beiden Reibräder 9a und 10a sind beliebige Über- und Untersetzungsverhältnisse zwischen dem Schrittmotor 6 und der Walze 1 einstellbar.By appropriate dimensioning of the two friction wheels 9 a and 10 a arbitrary step-up and step-down ratios between the stepping motor 6 and the roller 1 can be set.
Die einzelnen Kontaktflächen zwischen den Reibwellen 9, 10, den Reibrä dern 9a, 10a, der Antriebswelle 11 und dem Abtriebsrad 5 können beschichtet sein, wobei sich eine AlsOs Schicht als besonders vorteilhaft erweist.The individual contact surfaces between the friction shafts 9 , 10 , the friction wheels 9 a, 10 a, the drive shaft 11 and the driven wheel 5 can be coated, an Al s O s layer proving to be particularly advantageous.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit eine gleichmäßige Dreh bewegung der Walze 1 erzeugt werden, deren Geschwindigkeitstoleranzen weit unterhalb der zulässigen Werte liegen. Dies wird erreicht durch die Ankopplung des Antriebs direkt an den Umfang der Walze 1. Dadurch wird die "weiche" Stelle zentrale Kupplung umgangen.By means of the device according to the invention, a uniform rotational movement of the roller 1 can thus be generated, the speed tolerances of which are far below the permissible values. This is achieved by coupling the drive directly to the circumference of the roller 1 . This bypasses the "soft" central coupling point.
Fig. 3 und 4 zeigen eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Printwalzenantriebs, wobei der prinzipielle Aufbau der Vorrichtung derselbe ist wie in dem vorherigen Ausführungsbeispiel. Hier wird die Printwalze dadurch angetrieben, dass ein Piezomotor oder mehrere Piezomotoren - im Ausfüh rungsbeispiel zwei Piezomotoren - an der Stirnseite der Printwalze angreifen. FIGS. 3 and 4 show an advantageous embodiment of the print roller drive according to the invention, the basic construction of the device is the same as in the previous embodiment. Here, the print roller is driven by the fact that a piezomotor or several piezomotors - in the exemplary embodiment two piezomotors - act on the end face of the print roller.
Der Kontakt der Piezomotoren 6 mit der Printwalze 1 wird über einen Keramik ring 5 gewährleistet, welcher an der Printwalze angebracht ist. Im Piezomotor selbst sind als Kernstück ein Quarz oder mehrere Quarze eingebaut. Diese Quarze führen schrittweise Stoßbewegungen aus, welche über Piezokeramik stößel 12 auf den Keramikring übertragen werden. Durch die schrittweisen Stöße, die auf den Keramikring übertragen werden, wird die Printwalze angetrie ben.The contact of the piezo motors 6 with the print roller 1 is ensured via a ceramic ring 5 , which is attached to the print roller. A quartz or several quartz crystals are built into the piezomotor itself. These crystals perform step-by-step impact movements which are transferred to the ceramic ring by means of piezoceramic tappets 12 . The print roller is driven by the gradual impacts that are transferred to the ceramic ring.
Die Piezomotoren sind an Trägern 13 justierbar befestigt. Die Achse der Print walze ist an einem Festlager 14 aufgehängt, wobei an einer Seite der Achse ein Messsystem 4 - hier ein Drehgeber - vorgesehen ist, der den Gleichlauf der Printwalze kontrolliert. Der Drehgeber ist mit einer Ansteuerung für den Piezo motor verbunden. Sobald die am Drehgeber gemessene Winkelgeschwindigkeit von der Sollgeschwindigkeit abweicht, wird die Ansteuerung des Piezomotors entsprechend verändert.The piezomotors are fastened to supports 13 in an adjustable manner. The axis of the print roller is suspended from a fixed bearing 14 , a measuring system 4 - here a rotary encoder - is provided on one side of the axis, which controls the synchronism of the print roller. The encoder is connected to a control for the piezo motor. As soon as the angular speed measured on the encoder deviates from the target speed, the control of the piezo motor is changed accordingly.
Die Mikrostöße, welche von den Piezokeramikstößeln an den Keramikring über tragen werden, stören das Gleichlaufverhalten der Printwalze im kritischen Be reich nicht, da die Resonanzfrequenz der Piezoquarze bei ca. 40 kHz liegt, einer Frequenz, die weit oberhalb der Sichtbarkeitsgrenze für das menschliche Auge liegt. Zum anderen werden auf die Printwalze übertragene Schwingungen durch die Massenträgheit der Printwalze stark gedämpft.The micro impacts, which from the piezoceramic tappets to the ceramic ring will disrupt the synchronism behavior of the print roller in critical loading not enough, because the resonance frequency of the piezo crystals is around 40 kHz, one Frequency that is well above the human eye's visibility limit lies. On the other hand, vibrations are transmitted to the print roller the mass inertia of the print roller strongly dampened.
Statt - wie in den Figuren dargestellt - die Walze 1 mit nur einem Antrieb anzu treiben, können auch mehrere Antriebe vorgesehen sein, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Abtriebsrades 5 verteilt angeordnet sein kön nen. Dies führt zu einem noch konstanteren Antrieb der Walze 1.Instead of - as shown in the figures - to drive the roller 1 with only one drive, a plurality of drives can also be provided, which can preferably be arranged distributed uniformly over the circumference of the driven wheel 5 . This leads to an even more constant drive of the roller 1 .
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