Beschreibung

HINTERGRUND

Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkzeugzylinder mit einem Hülsenträger und einer von dem Hülsenträger getragenen, auswechselbaren Werkzeughülse sowie auf eine Präge- oder Druckmaschine mit einem solchen Werkzeugzylinder. Stand der Technik

Werkzeugzylinder mit einer auswechselbaren Werkzeughülse, die von einem Hülsenträger getragen wird und von dem Hülsenträger abgenommen werden kann, werden in Präge- oder Druckmaschinen als Ar- beitszylinder verwendet, die im Betrieb der Präge- oder Druckmaschine mit einem Gegendruckelement zusammenwirken und gemeinsam mit dem Gegendruckelement einen Arbeitsspalt begrenzen, in welchem der eigentliche Präge- oder Druckvorgang an einem durch den Arbeitsspalt laufenden Flachmaterial stattfindet. Das Gegendruckelement kann ein Gegendruckzylinder oder einer Gegendruckplatte sein. Bei dem Flachmaterial kann es sich um eine Materialbahn oder Bogenmaterial handeln. Die Werkzeughülse trägt dabei die für den jeweiligen Prozess vorgesehenen Werkzeuge, die bei Druckmaschinen häufig als Klischees und bei Prägemaschinen in der Regel als Prägewerkzeuge bezeichnet werden. Auf einer auswechselbaren Werkzeughülse können die für den nachfolgenden Prozess gewünschten Werkzeuge bereits vorbereitend an den gewünschten Positionen befestigt sein, so dass mit der Auswechslung einer Werkzeughülse eine ganze Gruppe von Werkzeugen als Ganzes entnommen und durch andere Werkzeuge und/oder Werkzeuge mit anderer Anordnung ersetzt werden kann. Durch Verwendung von Werkzeugzylindern mit auswechselbaren Werkzeughülsen kann es somit gelingen, Umrüstzeiten zu verringern und damit Maschinenstill- Standszeiten beim Wechsel zwischen unterschiedlichen Prozessen kurz zu halten.

Die DE 196 27 034 C2 beschreibt eine Druck- oder Prägemaschine, deren Druck- oder Prägewerk einen Werkzeugzylinder mit auswechselba- rer Werkzeughülse hat, die mit einem Gegendruckzylinder zusammenarbeitet (Rotationsmaschine). Beschrieben wird eine Anordnung, bei der die Werkzeughülse ohne Abbau einer Seitenwange des Maschinenrahmens durch die Seitenwange hindurch vom Hülsenträger abgezogen und durch eine andere Werkzeughülse ersetzt werden kann. Der Hül- senträger hat eine durchgehend zylindrische Mantelfläche, auf der die ebenfalls durchgehend zylindrische Innenfläche der Werkzeughülse im aufgespannten Zustand großflächig aufliegt. Die mit einem durchgehenden Längsschlitz versehene und dadurch aufweitbare bzw. zusammenziehbare Werkzeughülse wird mit Hilfe einzelner, entlang des Längs- Schlitzes verteilter Spannglieder auf den zylindrischen Hülsenträger aufgespannt. Nach Lösen der Spannglieder kann die Werkzeughülse axial vom Hülsenträger abgezogen werden.

Die EP 1 600 292 B1 beschreibt eine andere Einrichtung zum Anbringen einer auswechselbaren Werkzeughülse auf der Mantelfläche eines Hül- senträgers eines Werkzeugzylinders für eine Präge- oder Druckmaschine. Die mit einem Längsschlitz versehene Werkzeughülse wird mittels einer Spanneinrichtung auswechselbar auf der zylindrischen Mantelfläche des Hülsenträgers klemmend aufgespannt. Die Spanneinrichtung hat einen über die gesamte Länge der Werkzeughülse wirksamen, von einer Stirnseite des Werkzeugzylinders zentral betätigbaren Klemmantrieb. Die WO 2010/124808 A1 beschreibt eine Druckveredelungsmaschine mit einer Basismaschine und auswechselbaren Veredlungsmodulen. Ein Veredlungsmodul hat einen Werkzeugzylinder mit einer auswechselbaren Werkzeughülse, die einen durchgehenden Längsschlitz aufweist und auf die zylindrische Mantelfläche eines zylindrischen Hülsenträgers kraftschlüssig aufgespannt werden kann.

AUFGABE UND LÖSUNG Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Werkzeugzylinder der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, bei dem die Auswechslung der Werkzeugträgerhülse schneller und einfacher möglich ist als bei herkömmlichen Werkzeugzylindern. Der Werkzeugzylinder soll sich kostengünstig in guter Qualität herstellen lassen. Es ist eine weitere Aufgabe, eine Prägemaschine oder Druckmaschine mit einem solchen Werkzeugzylinder bereitzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgaben stellt die Erfindung einen Werkzeugzylinder mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird eine Präge- maschine oder Druckmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 12 bereitgestellt.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Ein gattungsgemäßer Werkzeugzylinder hat einen Hülsenträger und eine an dem Hülsenträger lösbar befestigbare, auswechselbare Werkzeughülse. Der Hülsenträger gemäß der beanspruchten Erfindung weist ein Trägerelement auf, welches an einem ersten axialen Endabschnitt ein erstes Endstück und an einem zweiten axialen Endabschnitt ein zweites Endstück trägt. Die Werkzeughülse ist im montierten Zustand des Werkzeugzylinders zwischen den Endstücken eingespannt. In ei- nem Bereich zwischen den Endstücken existiert zwischen dem Trägerelement und der Werkzeughülse ein radialer Abstand.

Bei dieser Konstruktion ist es möglich, sowohl die Werkzeughülse als auch das Trägerelement als relativ einfach und kostengünstig zu fertigende, stabile Bauteile auszulegen, da weder die Innenseite der Werkzeughülse noch die Außenseite des Trägerelements besonders präzise bearbeitet werden müssen. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen wird die Werkzeughülse nicht auf eine entsprechend bearbeitete Außenflä- che des Trägerelements aufgespannt, sondern zwischen den Endstücken eingespannt. Ein direkter Berührungskontakt zwischen dem Trägerelement und der Werkzeughülse ist nicht erforderlich und vorzugsweise auch nicht vorgesehen, da die Werkzeughülse zwischen den vom Trägerelement getragenen Endstücken eingespannt ist. Im Bereich zwi- sehen den Endstücken ergibt sich zwischen dem Trägerelement und der Werkzeughülse ein Zwischenraum, der für weitere Funktionselemente des Werkzeugzylinders genutzt werden kann.

Vorzugsweise sind die Werkzeughülse und die Endstücke derart aufei- nander abgestimmt, dass die Werkzeughülse im montierten Zustand ausschließlich axial zwischen den Endstücken eingespannt werden kann. Dadurch wird die Werkzeughülse bei der Befestigung am Hülsenträger ausschließlich in Achsrichtung belastet, so dass bei entsprechender stabiler Auslegung der Werkzeughülse Deformationen vermieden werden können.

Eine besonders zweckmäßige und kostengünstige Konstruktion ergibt sich bei manchen Ausführungsformen dadurch, dass das Trägerelement als Hohlwelle ausgebildet ist. Eine Hohlwelle kann aus einem rohrförmi- gen Ausgangswerkstück kostengünstig gefertigt werden und bietet bei geringem Gewicht ein Höchstmaß an Stabilität bzw. Steifigkeit. Außerdem kann das Innere der Hohlwelle zum Durchführen von Leitungen, Kabeln oder dergleichen genutzt werden. - -

Die Endstücke können als scheibenförmige Flansche ausgebildet sein, die auf axialen Endabschnitten des Trägerelements in Axialrichtung aufgeschoben und an geeigneter Position festgesetzt werden können. Der Hülsenträger kann dadurch insgesamt die Form einer Hantel haben.

Die neuartige Konstruktion bietet erhebliche Vorteile beim Formatwechsel, beispielsweise dann, wenn unterschiedliche Drucklängen nacheinander gefertigt werden sollen. Vorzugsweise ist der Hülsenträger dafür eingerichtet, Werkzeughülsen unterschiedlicher Innendurchmesser zu tragen, wobei ein Außendurchmesser des Trägerelements kleiner ist als ein Innendurchmesser der Werkzeughülse mit dem kleinsten Innendurchmesser und wobei ein für die Einspannung wirksamer Durchmesser der Endstücke größer ist, als ein Innendurchmesser der Werkzeug- hülse mit dem größten Innendurchmesser. Somit können Werkzeughülsen unterschiedlicher Durchmesser an ein und demselben Hülsenträger befestigt werden. Bei manchen Ausführungsformen können Werkzeugzylinder mit Außendurchmesser aus dem Bereich zwischen ca. 180 mm und 360 mm an dem gleichen Hülsenträger befestigt werden, ohne dass dafür Veränderungen an Hülsenträger vorgenommen werden müssen. Typischerweise greift ein Antrieb für den Werkzeugzylinder am Trägerelement an, so dass in diesem Fall eine Drehmomentübertragung vom Trägerelement zur Werkzeughülse sichergestellt werden muss. Obwohl eine kraftschlüssige Kopplung ausreichen kann, ist bei bevor- zugten Ausführungsformen eine formschlüssige Mitnahme vorgesehen. Hierzu weist die Werkzeughülse an den axialen Stirnseiten erste Kupplungsstrukturen auf und die Endstücke haben an den der Werkzeughülse zugewandten Stirnseiten zweite Kupplungsstrukturen, wobei die ersten Kupplungsstrukturen und die zweiten Kupplungsstrukturen zur form- schlüssigen, drehfesten Kupplung der Werkzeughülse zwischen den Endstücken ausgebildet sind. Vorzugsweise weisen dabei die ersten und die zweiten Kupplungsstrukturen korrespondierende Vorsprünge und/oder Ausnehmungen auf, die radial zu einer Drehachse des Werk- - - zeugzylinders verlaufen. Hierdurch können Werkzeughülsen mit unterschiedlichen Durchmessern angekoppelt werden, da deren erste Kupplungsstrukturen in unterschiedlichen radialen Abständen in die korrespondierenden zweiten Kupplungsstrukturen an den Endstücken eingrei- fen können.

Bei manchen Ausführungsformen sind an den Endstücken radial verlaufende Vorsprünge in Form von Stegen vorgesehen, die beim Einspannen des Werkzeugzylinders in entsprechend radialer Ausnehmung an den Stirnseiten des Werkzeugzylinders eingreifen. Auch eine umgekehrte Anordnung mit Vorsprüngen an den Stirnseiten des Werkzeugzylinders und entsprechenden radialen Nuten an den Endstücken ist möglich. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die ersten Kupplungsstrukturen und die zweiten Kupplungsstrukturen als Hirth- Verzahnung gestaltet sind. Die Hirth-Verzahnung ist bekanntlich eine axial wirksame, planseitige Verzahnung, die eine Selbstzentrierung der miteinander gekoppelten Bauteile bewirken kann. Hierdurch sind häufige Werkzeughülsenwechsel ohne Verschleiß an den miteinander gekoppelten Bauteilen auch dann möglich, wenn die relative Drehstellung der miteinander zu kuppelnden Bauteile bei der Montage nicht völlig exakt eingestellt wird. Dadurch wird ein schneller Werkzeugwechsel begünstigt.

Da der Hülsenträger eine axiale Einspannung der Werkzeughülse erlaubt, kann die Werkzeughülse als eine in Umfangsrichtung geschlossene Werkzeughülse ausgelegt sein. Eine solche nicht-aufweitbare Werkzeughülse ohne Längsschlitz ist bei ausreichender Wandstärke ein in sich stabiles Bauteil, das sich beim Hülsenwechsel ohne Gefahr der Beschädigung einfach handhaben lässt. Der Hülsenwechsel kann manuell oder mit Unterstützung geeigneter Einrichtungen (Roboter, Hebezeug oder dergleichen) teilautomatisch oder vollautomatisch durchgeführt werden. Bei manchen Ausführungsformen ist dem Werkzeugzylinder eine Hülsenwechsel-Hilfseinrichtung zugeordnet, die z.B. einen in das Innere der Werkzeughülse einführbaren Hülsenträgerabschnitt aufweisen kann. Es kann sich dabei um ein Rohr mit einem Satz rollen handeln, auf denen die Werkzeughülse nach außen rollen kann. Eine Greifeinrichtung, z.B. mit einem Backenfutter, das am freien Stirnende der Werkzeughülse angreift, kann vorgesehen sein, um das Herausziehen bzw. das Einschieben der neuen Werkzeughülse zu erleichtern.

Bei zahlreichen Anwendungen, beispielsweise bei der Verarbeitung von Heißprägefolien, müssen Werkzeugzylinder auf eine deutlich oberhalb der Raumtemperatur liegende Arbeitstemperatur gebracht werden, die beispielsweise im Bereich zwischen 150°C und 250°C liegen kann. Konventionelle Werkzeughülsen werden häufig mittels aufgeheiztem Öl auf ihre Arbeitstemperatur gebracht, welches in einer externen Heizeinrichtung auf eine Vorlauftemperatur vorgeheizt und dann durch Fluidkanäle im Werkzeugzylinder hindurchgefördert wird. Obwohl eine derartige flu- idgebundene Heizeinrichtung auch bei Werkzeughülsen gemäß der beanspruchten Erfindung möglich ist, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Werkzeugzylinder Heizelemente einer elektrisch betreibbaren Heizeinrichtung zum Heizen der Werkzeughülse aufweist. Die zum Heizen der Werkzeughülse erforderliche Heizenergie wird also unmittelbar im Werkzeugzylinder erzeugt, so dass Energieverluste in Zuleitungen etc. vermieden werden können. Es müssen lediglich elektrische Anschlüsse zu einer externen elektrischen Leistungsversorgung vorgesehen sein. Als besonders vorteilhaft haben sich Ausführungsformen erwiesen, bei denen die Heizeinrichtung Strahlungsheizelemente aufweist, die an der Außenseite des Trägerelements in der Weise angeordnet sind, dass sie die dem Trägerelement zugewandten Innenseite der Werkzeughülse berührungslos mittels Wärmestrahlung aufheizen können. Als Strahlungsheizelemente können Infrarotstrahler vorgesehen sein, die einen besonders hohen Heizleitungs-Wirkungsgrad haben. Durch die Montage an der Außenseite des Trägerelementes ist eine Auswechslung eventu- eil defekter Strahlungsheizelemente bei abgenommener Werkzeughülse besonders einfach möglich.

Eine berührungslos arbeitende Strahlungsheizung bietet als weiteren Vorteil, dass sie format-unabhängig arbeiten kann, so dass Werkzeug- hülsen unterschiedlicher Durchmesser mit ein und derselben Heizeinrichtung beheizt werden können.

Zur Steigerung des Wirkungsgrads der Heizeinrichtung kann an der Innenseite der Werkzeughülse eine Strahlungsabsorbierende Struktur und/oder eine Strahlungsabsorbierende Beschichtung vorgesehen sein. Die Innenseite kann beispielsweise durch Brünieren oder Auftragen einer Farbschicht geschwärzt sein. Häufig ist jedoch eine gesonderte Behandlung oder Beschichtung nicht notwendig, da eine unbearbeitete Innenseite einer metallischen Hülse bereits eine ausreichende Absorpti- onsfähigkeit für Heizstrahlung haben kann.

Als Alternative zu einer Strahlungsheizung kommt bei manchen Ausführungsformen auch eine Induktionsheizung der Werkzeughülse in Betracht, wobei entsprechende Induktionsspulen ebenfalls am Trägerele- ment angebracht sein können.

Um über die gesamte axiale Länge der Werkzeughülse eine ausreichend gleiche Beheizung zu ermöglichen, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass die Heizeinrichtung dafür ausgelegt ist, eine über die axiale Länge der Werkzeughülse variabel einstellbare Heizleistung zu erzeugen. Beispielsweise kann die Heizleistung in der Nähe der axialen Enden höher sein als im Mittelbereich der Werkzeughülse, so dass Wärmeverluste zu den axialen Enden ausgeglichen werden kön- nen, um über die gesamte axiale Länge der Werkzeughülse im Wesentlichen die gleiche Arbeitstemperatur zu erzielen.

Durch geschickte Auslegung der bei der Montage der Werkzeughülse beteiligten Komponenten ist es bei manchen Ausführungsformen möglich, dass die auswechselbare Werkzeughülse das einzige formatabhängige Bauteil des Werkzeugzylinders ist, so dass beim Hülsenwechsel außer der Werkzeughülse keine weiteren Bauteile durch andere, formatabhängige Bauteile ersetzt werden müssen. Für den Endnutzer ergeben sich hierdurch u.a. Kostenvorteile, da mit Ausnahme der Werkzeughülsen keine formatabhängigen Bauteile vorgehalten werden müssen. Für den Hülsenwechsel können sich erhebliche Zeitvorteile ergeben, da außer der Werkzeughülse keine weiteren Bauteile ausgebaut und durch andere ersetzt werden müssen.

Werkzeugzylinder der hier beschriebenen Art können bei entsprechender Anpassung der werkzeugtragenden Komponenten der Werkzeughülse an den jeweiligen Präge- oder Druckprozess in unterschiedlichen Präge- oder Druckmaschinen genutzt werden. Beispielsweise kommt die Verwendung in einer Folienprägemaschine (mit oder ohne Heizung) o- der in einer Offset-Druckmaschine oder in einer Lackiermaschine oder in einer Flexodruckmaschine in Betracht. Auch die Verwendung in komplexeren, ggf. mehrstufigen Druckveredelungsanlagen oder in Veredelungsmodulen für solche Anlagen ist möglich, z.B. in einer Druckverede- lungsanlage gemäß der WO 2010/124808 A1.

Die Erfindung betrifft auch ein Werkzeugzylinder-Set mit einem Hülsenträger und mehreren dem Hülsenträger zugeordneten Werkzeughülsen, wobei der Hülsenträger und die Werkzeughülsen derart aneinander an- gepasst sind, dass Werkzeughülsen unterschiedlicher Durchmesser des Werkzeugzylinder-Sets an dem Hülsenträger ohne konstruktive Änderung des Hülsenträgers und/oder ohne Verwendung und/oder Auswechslung formatabhängiger Bauteile anbringbar sind. - -

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Prägewerks einer Folien- prägemaschine, wobei das Prägewerk eine Ausführungsform ei- nes Werkzeugzylinders mit auswechselbarer Werkzeughülse aufweist;

Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines in dem Prägewerk installierten Hülsenträgers gemäß einer Ausführungsform bei abgenommener Werk- zeughülse;

Fig. 3 zeigt eine Ansicht der mit einer Hirth-Verzahnung versehenen inneren Stirnseite eines Endstücks bei einer anderen Ausführungsform eines Hülsenträgers;

Fig. 4 zeigt den Hülsenträger aus Fig. 2 mit einer relativ großen Werkzeughülse; und

Fig. 5 zeigt den Hülsenträger aus Fig. 2 und 4 mit einer relativ kleinen Werkzeughülse.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE - -

Fig. 1 zeigt eine schematische, schrägperspektivische Ansicht mit wesentlichen Komponenten eines Prägewerks 100 einer Folienprägema- schine, die zum Heißprägen in Rund-Rund-Technik eingerichtet ist (Heißpräge-Rotationsmaschine). Beim Heißprägen wird bekanntlich eine zu beprägende Materiallage, beispielsweise ein Bedruckstoffbogen oder eine durchgehende Bedruckstoffbahn, durch einen Prägespalt geführt, der zwischen einer Prägewerkzeugträgereinrichtung und einem Gegendruckelement gebildet ist. Die Prägewerkzeugträgereinrichtung trägt ein oder mehrere Prägewerkzeuge, die beim Heißprägen mittels einer Heizeinrichtung aufgeheizt werden können. Während des Betriebs der Foli- enprägemaschine wird mindestens eine Prägefolienbahn so durch den Prägespalt geführt, dass sie während eines Prägeintervalls den gleichen Bewegungszustand wie die zu beprägende Materiallage hat. Die Folien- transportmittel sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die EP 0 718 099 B1 zeigt beispielhaft Möglichkeiten zur Ausgestaltung von Folientransportmitteln, die auch hier genutzt werden können.

Während des Prägeintervalls wird auf der Prägefolienbahn befindliches Prägegut, beispielsweise diskrete hintereinander liegende Prägeeinheiten wie Bilder, Texte und/oder Hologramme, oder ein aufzuprägender Teil einer Farbschicht oder Metallschicht, unter Einwirkung von Druck- und Temperatur auf die Materiallage übertragen. Bei der Rotationsmaschine wird die Prägewerkzeugträgereinrichtung durch einen Werkzeugzylinder 200 gebildet, der mit horizontaler Drehachse 202 in zwei parallel zueinander ausgerichteten, vertikalen Seitenwangen 1 12, 1 14 des Maschinengestells der Folienprägemaschine drehbar gelagert ist. Als Gegendruckelement dient ein mit horizontaler Drehachse unterhalb des Werkzeugzylinders achsparallel mit diesem angeordneter Gegendruckzylinder 300, der mittels geeigneter Lager in den Seitenwangen 1 12, 1 14 um seine Zylinderachse 302 drehbar gelagert ist. Die links gezeigte Seitenwange 1 12 liegt auf der Bedienerseite der Maschine, von der aus u.a. die Werkzeughülsenwechsel vorgenommen werden können. Die hintere Seitenwange 1 14 liegt auf der Antriebsseite, an der die für den Antrieb des Werkzeugzylinders und des Gegendruckzylinders vorgesehenen Einrichtungen angeordnet sind.

Im Betrieb der Folienprägemaschine begrenzen der Werkzeugzylinder 200 und der Gegendruckzylinder 300 im Bereich ihrer größten Annäherung den Prägespalt 140. Die zu beprägende Materiallage wird mittels geeigneter Transportmittel durch den Prägespalt geführt, wobei die Ma- teriallage über einen gewissen Umfangsabschnitt an der weitgehend zylindrischen Außenfläche des Gegendruckzylinders anliegt und von diesen lagerichtig gehalten wird. Das Beprägen erfolgt von der dem Gegendruckzylinder abgewandten Außenseite der Materiallage mit Hilfe von Prägewerkzeugen 222, die am Außenumfang des Werkzeugzylin- ders 200 auswechselbar angebracht sind. Zwischen dem Prägewerkzeug und der Materiallage verläuft die nicht dargestellte Prägefolienbahn, die von einem ebenfalls nicht näher dargestellten Folienwerk der Folienprägemaschine dem Prägespalt zugeführt und nach Gebrauch abgeführt wird.

Der Werkzeugzylinder 200 ist mehrteilig aufgebaut und umfasst als wesentliche Komponenten einen im Bereich der Seitenwangen gelagerten Hülsenträger 210 und eine vom Hülsenträger getragene auswechselbare Werkzeughülse 250.

Der Werkzeugzylinder ist in Fig. 1 in zwei unterschiedlichen Positionen gezeigt. Während des Betriebs der Maschine ist die Werkzeughülse 250 fest am Hülsenträger montiert und befindet sich dabei in ihrer Arbeitsstellung. Der Werkzeugzylinder nimmt während des Betriebs die gestri- chelt dargestellte Arbeitsposition in der Nähe des Gegendruckzylinders ein. Hierzu gehört die mit 202 gekennzeichnete Lage der Zylinderachse. In der mit durchgezogenen Linien dargestellten Wechselstellung ist der Werkzeugzylinder vom Gegendruckzylinder entfernt derart nach oben angehoben, dass die Werkzeughülse 250 durch einen kreisrunden Durchlass 214 in der Seitenwange 1 12 hindurch parallel zur Drehachse des Werkzeugzylinders abgezogen bzw. aufgeschoben werden kann. Hierzu gehört die mit 202' gekennzeichnete Lage der Zylinderachse.

Im Folgenden werden einige Ausführungsformen von Werkzeugzylindern mit auswechselbaren Werkzeughülsen anhand der Fig. 1 bis 5 erläutert. Fig. 2 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht des Trägerelements 210 aus Fig. 1 mit abgenommener Werkzeughülse. Fig. 4 zeigt eine Konfiguration des Werkzeugzylinders mit einer Variante einer Werkzeughülse 250-4 mit relativ großem Durchmesser und Fig. 5 zeigt eine Variante des Werkzeugzylinders mit einer Werkzeughülse 250-5 mit relativ kleinem Durchmesser, jeweils getragen vom gleichen Hülsenträger. Fig. 3 zeigt eine Ansicht auf die hülsenseitige Stirnseite eines Endstücks einer anderen Ausführungsform mit Kupplungsstrukturen in Form einer Hirth-Verzahnung. In den Zeichnungsfiguren sind identische oder einander entsprechende Komponenten jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der mehrteilig aufgebaute Werkzeugzylinder 250 hat zwei Haupt- Komponenten, nämlich den Hülsenträger 210 und eine auswechselbare Werkzeughülse 250, die vom Hülsenträger bestimmungsgemäß abgenommen werden kann und im montierten Zustand vom Hülsenträger getragen wird. Der Hülsenträger 210 weist ein Trägerelement 220 in Form einer verwindungssteifen Hohlwelle auf, die im Wesentlichen zylindrische Außenkonturen und einem in Axialrichtung durchgehenden inneren Hohlraum hat. Das Trägerelement hat einen ersten axialen Endabschnitt 212, der an der Antriebsseite des Werkzeugzylinders liegt, sowie an der gegenüberliegenden Bedienerseite einen zweiten axialen Endabschnitt 214 (siehe Fig. 2, 4 und 5).

Jeder der Endabschnitte 212, 214 ist so bearbeitet, dass je ein Endstück des Hülsenträgers auf den zugehörigen axialen Endabschnitt axial auf- geschoben und an einer definierten Position drehfest befestigt werden kann. Der erste axiale Endabschnitt 212 trägt im zusammengebauten Zustand des Hülsenträgers bzw. des Werkzeugzylinders ein erstes Endstück 230, das auch bei abgenommener Werkzeughülse am Trägerele- ment verbleibt. Auf der gegenüberliegenden Bedienerseite ist ein zweites Endstück 240 vorgesehen, welches zum Hülsenwechsel vom Trägerelement 220 abgenommen wird (vgl. Fig. 1 ).

Beide Endstücke 230, 240 sind bei der Ausführungsform im Wesentli- chen als flache Scheiben oder Flansche ausgebildet, deren Außendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der größten vom Hülsenträger zu tragenden Werkzeughülse (vgl. Fig. 4). Bei der Montage des Werkzeugzylinders wird die Werkzeughülse 250 zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der Endstücke 230, 240 axial eingespannt, so dass alle Spannkräfte im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse 202 wirken.

Wie anhand der Fig. 4 und 5 gut zu erkennen ist, ist der Hülsenträger 210 dafür eingerichtet, dass er Werkzeughülsen unterschiedlicher Durchmesser ohne konstruktive Veränderung am Hülsenträger aufnehmen bzw. tragen kann. Dafür sind die Komponenten so dimensioniert, dass der Außendurchmesser des Trägerelements (inklusive sämtlicher davon getragenen Komponenten mit Ausnahme der Endstücke) kleiner ist als der Innendurchmesser derjenigen Werkzeughülse 250-5, die den kleinsten Innendurchmesser aller für das Trägerelement vorgesehenen Werkzeughülsen hat. Fig. 4 zeigt zum Vergleich die Werkzeughülse 250-4 mit dem größten für das Trägerelement vorgesehenen Durchmesser, während Fig. 5 die Werkzeughülse 250-5 mit dem kleinsten Durchmesser zeigt.

Dadurch wird erreicht, dass bei jeder Werkzeughülse eines zu dem Hülsenträger 210 gehörigen Satzes bzw. Sets von Werkzeughülsen zwischen dem Trägerelement bzw. dessen Außenseite und der Werkzeug- - 1 o - hülse bzw. deren Innenseite ein radialer Abstand A2 (bei der kleinsten Werkzeughülse 250-5) bzw. A1 (bei der größten Werkzeughülse 250-4) verbleibt. Daraus ergibt sich, dass jede Werkzeughülse, für die der Hülsenträger vorgesehen ist, im montierten Zustand keinen direkten Berüh- rungskontakt mit dem zentralen Trägerelement 220 hat, sondern vielmehr nur indirekt über die Endstücke 230, 240 vom Trägerelement getragen wird.

Hierdurch ergeben sich zahlreiche Vorteile gegenüber konventionellen Lösungen, bei denen aufweitbare geschlitzte Werkzeughülsen verwendet werden, die auf eine exakt bearbeitete zylindrische Außenfläche eines Zylinderkerns kraftschlüssig aufgespannt werden.

Bei der vorliegenden Lösung kann zur Herstellung der Werkzeughülse ein in Umfangsrichtung geschlossenes Rohr verwendet werden, wodurch die Werkzeughülse einfach zu fertigen ist und bei geeigneter Wandstärke in sich so stabil sein kann, dass beim Hülsenwechsel eine einfache Handhabung möglich ist. Zudem ist es nicht erforderlich, die dem Trägerelement zugewandte Innenseite der Hülse mit hoher Präzisi- on Material abtragend zu bearbeiten, da die Innenseite nicht als Spannfläche dienen muss. Die Innenseite kann daher unbearbeitet bleiben, wodurch Fertigungskosten reduziert werden. Zudem entsteht zwischen der Werkzeughülse und dem Trägerelement im Bereich zwischen den Endstücken ein Zwischenraum, der für weitere Zwecke genutzt werden kann, was im Zusammenhang mit der Beschreibung der Heizeinrichtung noch erläutert wird.

Die Werkzeughülse 250 sollte im montierten Zustand exakt zur Drehachse des Werkzeugzylinders zentriert und gegenüber dem angetriebe- nen Hülsenträger gegen Verdrehung gesichert sein. Dies wird bei bevorzugten Ausführungsformen dadurch erreicht, dass an den der Werkzeughülse zugewandten inneren Stirnseiten der Endstücke und an den damit in Kontakt kommenden axialen Stirnseiten der Werkzeughülse zu- einander korrespondierende Kupplungsstrukturen vorgesehen sind, die eine formschlüssige, drehfeste Kupplung der Werkzeughülse mit dem Hülsenträger sowie eine Zentrierung der Werkzeughülse bezüglich des Hülsenträgers beim Zusammenbau automatisch bewirken.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 , 2, 4 und 5 werden die an den inneren Stirnseiten der Endstücke angebrachten zweiten Kupplungsstrukturen dadurch gebildet, dass an den ansonsten ebenen Stirnflächen jeweils sechs gleichmäßig um den Umfang verteilte radiale Stege 234 ange- bracht sind, die im Wesentlichen einen flachen Rechteckquerschnitt haben und sich jedenfalls in Richtung der Werkzeughülsenseite leicht verjüngen können. Die zugehörigen ersten Kopplungsstrukturen an den jeweils zugewandten Stirnseiten der Werkzeughülsen werden durch entsprechend dimensionierte radiale Ausnehmungen bzw. Nuten 254 an den Stirnseiten der Werkzeughülsen gebildet (siehe z.B. Fig. 4).

Beim Zusammenbau des Werkzeugzylinders wird die Werkzeughülse zunächst in eine Drehstellung gebracht, in der die stirnseitigen Ausnehmungen 254 mit den stirnseitigen Stegen der Endstücke fluchten, bevor die Endstücke axial aufeinander zu bewegt werden, um die Werkzeughülse einzuspannen. Durch den formschlüssigen Eingriff der Stege in die Nuten wird eine formschlüssige Mitnahme der Werkzeughülse erreicht, gleichzeitig wird diese zwischen den Endstücken zentriert. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind an den inneren Stirnseiten der Endstücke jeweils zweite Kopplungsstrukturen in Form einer Hirth-Verzahnung 334 vorgesehen. Die korrespondierenden Verzahnungen sind an den Stirnseiten der zugehörigen Werkzeughülsen vorgesehen. Durch den radialen Verlauf der Verzahnung sowie durch die drei- eckige Querschnittsform der Zähne wird eine Selbstzentrierung der Werkzeughülse beim Einspannen zwischen den Endstücken erreicht. Zudem muss bei dieser Ausgestaltung die Werkzeughülse zunächst nicht exakte in die richtige Drehstellung für die Montage gebracht wer- den. Vielmehr reicht es aus, wenn die Werkzeughülse so gedreht wird, dass die Zahnspitzen der einen Kupplungsstrukturen grob in die zugeordneten Ausnehmungen der gegenüberliegenden Kupplungsstrukturen eingreifen. Beim Einspannen der Werkzeughülse zwischen den Endstü- cken kann sich die Werkzeughülse dann gegebenenfalls noch etwas drehen, bis die richtige Drehlage vorliegt. Dadurch kann der Zusammenbau des Werkzeugzylinders weiter vereinfacht werden. Verschleiß an den Kanten der Kopplungsstrukturen kann weitgehend vermieden werden.

Werkzeugzylinder der hier beschriebenen Art können für viele Anwendungen im Bereich von Druckmaschinen oder Prägemaschinen genutzt werden. Im Beispielsfall wird der Werkzeugzylinder bei einer Folienprä- gemaschine zum Heißprägen verwendet. Hierzu muss der Werkzeugzy- linder bzw. dessen Außenseite im Betrieb auf eine Arbeitstemperatur gebracht werden, die deutlich oberhalb Raumtemperatur liegt und beispielsweise im Bereich zwischen 150°C und 250°C liegen kann. Für diesen Zweck ist der Werkzeugzylinder mit Heizelementen einer elektrischen Heizeinrichtung ausgestattet. Die Heizelemente werden durch langgestreckte Infrarotstrahler 272 gebildet, die gleichmäßig um den Umfang des Trägerelements 220 angeordnet sind und sich im Wesentlichen über den gesamten zwischen den montierten Endstücken liegenden inneren Abschnitt des Trägerelements erstrecken. Die Infrarotstrahler sind einzeln auswechselbar, der Wechsel kann bei abgenommener Werkzeughülse sehr einfach durchgeführt werden. Die elektrischen Zuleitungen zu den Sockeln am Trägerelement verlaufen im Inneren des hohlen Trägerelements zur Antriebsseite. Dort befinden sich Steckbuchsen, über die eine externe elektrische Leistungsversorgung angeschlossen werden kann.

Die Werkzeughülse kann über diese Strahlungsheizelemente von innen berührungslos geheizt werden. Die Innenseite der Werkzeughülse ist mit einer für Infrarotstrahlung absorbierend wirkenden Beschichtung be- schichtet, um einen hohen Wirkungsgrad des Wärmeübergangs von der Heizeinrichtung zur Werkzeughülse zu erreichen. Das Abstrahlprofil der Heizelemente 272 in Umfangsrichtung ist so gewählt, dass an der Innenseite einer Werkzeughülse unabhängig von deren Durchmesser der Leistungseintrag derart gleichmäßig ist, dass jedenfalls an der Außenseite der Werkzeughülse eine gleichmäßige Wärmeverteilung sowohl in Umfangsrichtung als auch über die gesamte für den Prägevorgang genutzten axialen Länge vorliegt. In den Bereichen der axialen Enden kann hierzu die Heizleistung größer als im Mittelbereich sein.

An der Werkzeughülse können ein oder mehrere Temperatursensoren angebracht sein, deren Signale zur Steuerung der Heizeinrichtung rückgekoppelt werden, um eine Regelung der Heizleistung zu ermöglichen. Dadurch können die Heizelemente beispielsweise intermittierend an- und ausgeschaltet werden, um für die Dauer der Nutzung eine weitestgehend gleichbleibende Außentemperatur des Werkzeugzylinders sicherzustellen.

Ein großer Vorteil der Nutzung einer Strahlungsheizung von der Innen- seite des Werkzeugzylinders liegt darin, dass diese Heizung formatunabhängig, d.h. unabhängig vom Durchmesser des Werkzeugzylinders arbeiten kann, ohne dass bauliche Veränderungen in der Heizeinrichtung nötig sind. Da bei der elektrischen Heizeinrichtung die zur Heizung erforderliche Wärme unmittelbar im Inneren des Werkzeugzylinders über die Strahlungsheizelemente durch Umwandlung der elektrischen Energie in Strahlungsenergie entsteht, können Energieverluste in den Zuleitungen gering gehalten werden. Gegenüber herkömmlichen Lösungen mit Öl- heizung sind dadurch erhebliche Energieeinsparungen möglich.

Ein schneller und bequemer Hülsenwechsel wird durch ein besonderes Lagerkonzept für den Werkzeugzylinder bzw. für den Hülsenträger be- günstigt. Der Hülsenträger ist auf der Antriebsseite fliegend gelagert, so dass er auch in seiner horizontalen Position bleibt, wenn für den Hülsenwechsel auf der gegenüberliegenden Bedienerseite keine Lagerung vorhanden ist (vgl. z.B. Fig. 2). Eine entsprechende Lageranordnung zur fliegenden Lagerung des Hülsenträgers kann grundsätzlich so aufgebaut sein, wie in der WO 2010/124808 A1 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung wird insoweit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Aufgrund der einseitigen fliegenden Lagerung ist eine zentrale Drehlagerung am bedienerseitigen Ende des Hülsenträgers nicht notwendig und auch nicht vorgesehen.

Die Lageranordnung zur fliegenden Lagerung des Hülsenträgers ist an bzw. in einem Lagerelement 1 16 angebracht, welches in der hinteren Seitenwange 1 14 angeordnet und gegenüber dieser in Vertikalrichtung oder in spitzem Winkel zur Vertikal richtung nach oben bzw. nach unten in Richtung des Gegendruckzylinders 300 bewegt werden kann. Durch die vertikale Bewegung des Lagerelements 1 16 ist somit eine Abstandsänderung zwischen dem Werkzeugzylinder und dem Gegendruckelement möglich und der Werkzeugzylinder kann für den Hülsenwechsel in die obere Wechselstellung (Position 202' der Achse) gebracht werden. Die Hubbewegung kann durch eine hydraulische oder auf andere Weise arbeitende Versteileinrichtung bewirkt werden. Mögliche Ausgestaltungen sind ebenfalls in der WO 2010/124808 beschrieben. Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist auch der Gegendruckzylinder 300 vertikal verstellbar. Hierzu ist die Trägerachse auf der Antriebsseite und auf der Bedienerseite in Lagerelementen 1 18, 1 19 gelagert, die jeweils vertikal verschiebbar in den Seitenwänden gelagert sind. Ein zugehöriger Versteilantrieb kann z.B. hydraulisch oder elektrisch arbeiten.

Bei einer nicht bildlich dargestellten Ausführungsform ist der Gegendruckzylinder 300 ebenfalls sehr einfach für unterschiedliche Prozesse umrüstbar. Hierzu kann der Gegendruckzylinder mehrteilig aufgebaut sein und einen Hülsenträger und eine davon getragene auswechselbare Gegendruckzylinderhülse aufweisen. Hierfür können ggf. Maßnahmen genutzt werden, die für die Konstruktion von auswechselbaren Werkzeughülsen bereits bekannt sind. Vorzugsweise kann ein Gegendruck- zylinder einen ähnlichen Aufbau haben wie die in dieser Anmeldung beschriebenen Werkzeugzylinder. Beispielsweise kann eine in Umfangs- richtung geschlossene Gegendruckzylinderhülse zwischen Endstücken eines Hülsenträgers axial eingespannt werden. Dadurch werden Formatänderungen bei bahnverarbeitenden Rund-Rund-Maschinen deutlich einfacher und kostengünstiger als in herkömmlichen Maschinen.

Für die Drehlagerung des Werkzeugzylinders während des Betriebs der Prägemaschine sind besondere Einrichtungen vorgesehen, die im Zusammenhang mit den Fig. 2, 4 und 5 näher erläutert werden. An den Endstücken 230, 240 sind Laufringe mit präzise bearbeiteter, zylindrischer Außenfläche angebracht. Diese Laufringe arbeiten in der Arbeitsstellung des Werkzeugzylinders mit Stützrollen zusammen, die achsparallel zu den Laufringen drehen und an Lagerelementen angebracht sind, welche wiederum an den Innenseiten der Seitenwangen montiert sind.

Eine untere erste Rollenanordnung 290 hat vier untere Stützrollen 292-1 bis 292-4, die jeweils paarweise an der Antriebsseite und der Bedienerseite gestellfest angebracht sind.

Eine obere zweite Rollenanordnung 296 hat ebenfalls vier Stützrollen 298-1 bis 298-4, die paarweise an der Antriebsseite und an der Bedienerseite oberhalb des Hülsenträgers angeordnet sind. Die Rollen der zweiten Rollenanordnung sind mit Hilfe einer Versteileinrichtung in Rich- tung auf den Hülsenträger bzw. in Gegenrichtung verstellbar. Diese Verstellmöglichkeit wird einerseits beim Hülsenwechsel genutzt, um die Werkzeughülse freizugeben. Andererseits wird die Verstellmöglichkeit zur Druckanstellung und Druckabstellung genutzt. Zum Gegendruckzy- - linder gehört eine Andrückeinrichtung, die es erlaubt, den Gegendruckzylinder mit einem präzise einstellbaren Druck an das durch den Arbeitsspalt geführte Flachmaterial von unten zu pressen. Der Anpressdruck des Gegendruckzylinders kann während des Betriebs im Bedarfs- fall verstellt werden. Die Verstellbarkeit des Gegendruckzylinders erlaubt auch eine Einstellung des Achsabstands zwischen dem Gegendruckzylinder und dem Werkzeugzylinder bei der Verwendung von Werkzeugzylindern bzw. Werkzeughülsen unterschiedlicher Durchmesser. Alternativ können auch Rollenanordnungen der Art genutzt werden, die in der WO 2010/128808 A1 beschrieben sind.

Mit Hilfe von Werkzeugzylindern der hier beschriebenen Art kann auf kostengünstige Weise die Flexibilität von Prägemaschinen oder Druck- maschinen gegenüber herkömmlichen Lösungen erheblich erweitert werden. Zu einer Prägemaschine oder Druckmaschine kann ein Werkzeugzylinder-Set geliefert werden, welches einen einzigen Hülsenträger (mit Trägerelement und Endstücken) sowie mehrere daran angepasste Werkzeughülsen unterschiedlicher Durchmesser und/oder unterschiedli- eher Ausstattung umfasst. Ein Werkzeugzylinder-Set kann beispielsweise 2, 3, 4 oder 5 unterschiedlich dimensionierte Werkzeughülsen umfassen. Es ist auch möglich, dass ein Werkzeugzylinder-Set zwei oder mehr Werkzeugzylinder gleichen Durchmessers umfasst, die jedoch mit unterschiedlichen Werkzeugen bzw. Werkzeuganordnungen (Klischees oder Prägewerkzeugen) bestückt sind. Der Hülsenträger kann einmal in der Maschine montiert werden und kann dann auch bei Formatwechseln in der Maschine verbleiben. Für einen Formatwechsel ist dann lediglich die Auswechslung einer Werkzeughülse erforderlich, die bei bevorzugten Ausführungsformen das einzige Formatteil eines Werkzeugzylinder- Sets ist.

Werkzeugzylinder der hier beschriebenen Art können, wie beispielhaft gezeigt, bei Präge- oder Druckmaschinen eingesetzt werden, die nach dem Rund-Rund-Prinzip arbeiten, wobei das Gegendruckelement ein Gegendruckzylinder ist. Auch die Verwendung bei Präge- oder Druckmaschinen für die Rund-Flach-Technik ist möglich. Dort ist das Gegendruckelement eine intermittierend ansteuerbare Gegendruckplatte. Werkzeugzylinder der hier beschriebenen Art können bei Bogenmaschi- nen eingesetzt werden, die zu bedruckendes oder zu beprägendes Bo- genmaterial (Einzelbögen) verarbeiten. Es ist auch möglich, bahnverarbeitende Maschinen (Bahnmaschinen bzw. Web-Maschinen) mit Werkzeugzylindern der hier beschriebenen Art auszustatten. Für bahnverar- beitende Rund-Rund-Maschinen kann es vorteilhaft sein, wenn der Gegendruckzylinder ebenfalls auswechselbar ist.

Im Beispielsfall ist ein intern beheizbarer Werkzeugzylinder für eine Heißprägemaschine konstruiert. Es gibt auch Ausführungsformen ohne integrierte Heizelemente. Werkzeugzylinder können für unterschiedliche Druckverfahren oder Druckveredelungsverfahren ausgelegt sein. Bei einem Werkzeugzylinder für eine Offset-Druckmaschine kann die Außenseite der Werkzeughülse Einrichtungen zum Aufspannen einer Offsetplatte aufweisen, deren Außenseite strukturiert sein kann. Durch Tauschen von Werkzeugzylindern mit unterschiedlichen Durchmessern kann eine Anpassung an andere Nutzenlängen schnell und wirtschaftlich durchgeführt werden. Anstelle einer Offsetplatte kann ein auswechselbarer Werkzeugzylinder eine Lackplatte zum Übertragen von Lack auf ein bahn- oder bogenförmiges Flachmaterial tragen. Eine auswechselbare Werkzeughülse kann auch zum Tragen einer Gummiplatte eingerichtet sein und in eine Flexodruckmaschine eingebaut werden.