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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antrieb eines Schaufelrads
einer Rollenrotationsdruckmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, sowie eine Antriebsvorrichtung für das Schaufelrad
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 und ein
Auslegemodul dafür gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 15.
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Bei
bekannten Rollenrotationsdruckmaschinen wird der bedruckte Bedruckstoff, üblicherweise eine
Papierbahn, einer Falzeinheit zugeführt und dort zu Einzelexemplaren
aufgetrennt, wobei die Einzelexemplare mittels Sammelzylindern etc.
zu Druckprodukten nahezu beliebiger Blattzahl gesammelt werden können.
Anschließend werden die Druckprodukte mit der gewünschten
Falzung einem Schaufelrad zugeführt, mit Hilfe dessen Sie
auf einen Bogenausleger ausgelegt werden. Das Schaufelrad weist
dazu nach außen abstehende Schaufeln auf, die in ihrem Verlauf
von innen nach außen von der Schaufelraddrehrichtung weg
gekrümmt sind, wobei jeweils zwischen einer vorlaufenden
und einer nachlaufenden Schaufel eine Kammer bzw. Tasche gebildet
ist, in die ein Produkt aufgenommen wird. Dabei werden die Produkte
auf die Schaufelradgeschwindigkeit verlangsamt und anschließend
beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Ausstreifbandes auf dem
Bogenausleger zu einer sogenannten Schuppe geordnet abgelegt.
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Es
hat sich jedoch herausgestellt, dass dicke und/oder steife Produkte,
sowie auch elektrostatisch aufgeladene Produkte dazu neigen, nach
dem Verlassen der Bandleitung zum Schaufelrad nicht bis in den Grund
der Schaufelradkammer zu rutschen. Denn elektrostatisch aufgeladene
Produkte bleiben an der Oberfläche der Schaufeln „kleben",
bevor die Soll-Lage erreicht ist und dicke und/oder steife Produkte
schmiegen sich nicht an die Krümmung der Schaufeln des
Schaufelrads an, sondern neigen dazu, sich zwischen einer Schaufel
und der nächsten Folgeschaufel zu verkeilen. in beiden
Fällen kommt es dazu, dass das Produkt den Kammergrund
zwischen Schaufel und Folgeschaufel nicht erreicht und über
den Hüllkreis des Schaufelrads hinaussteht, mit der Folge,
dass das nachfolgende Produkt auf das vorlaufende Produkt aufstößt
und nicht in die Kammer gleitet, was zu Stoppern führt,
oder, wenn die Produkte den Bogenausleger erreichen, jedenfalls
zu einer verminderten Auslagequalität.
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Ein
Auslegemodul mit einem derartigen Schaufelrad, einem Einzelantrieb
des Schaufelrads, sowie einem entsprechenden Bogenausleger ist beispielsweise
der
DE 10 2004
029 170 A1 zu entnehmen. Dort ist schon ein Auslegemodul
gezeigt, welches in seiner horizontalen, vertikalen und auch in seiner
Winkellage gegenüber dem Falzwerk verstellbar ist. Die
Stellung des Schaufelrads kann damit so eingestellt werden, dass
die Produkte unabhängig von der Produktbreite, -stärke
und -dicke positionsgenau an die Schaufeln des Schaufelrads übergeben werden,
wodurch zwar eine verbesserte Auslagequalität erreicht
wird, das vorstehend genannte prinzipielle Problem aber nicht behoben
wird.
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Hiervon
ausgehend ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Antrieb eines Schaufelrads einer Rollenrotationsdruckmaschine,
sowie eine dafür geeignete Antriebsvorrichtung und ein
geeignetes Auslegemodul zu schaffen, mit der die Auslagequalität
weiter verbessert und Maschinenstopps vermieden werden können.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst, hinsichtlich der Antriebsvorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 10, und hinsichtlich des Auslegemoduls mit
den Merkmalen des Anspruchs 15.
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Erfindungsgemäß ist
es dabei vorgesehen, das Schaufelrad zumindest in einem vorgegebenen Zeitraum
im Produktionszyklus vibrierend, d. h. mit einer schwingenden Schaufelrad-Geschwindigkeit anzutreiben.
Die Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung ist
entsprechend dafür ausgebildet, das Schaufelrad mit der
schwingenden Schaufelrad-Geschwindigkeit anzutreiben, vorzugsweise
in dem vorgegebenen Zeitraum im Produktionszyklus, insbesondere
während des Hochfahrens der Druckmaschine. Weiterhin ist
das Auslagemodul erfindungsgemäß so ausgebildet,
dass das Schaufelrad mit der schwingenden Schaufelrad-Geschwindigkeit
angetrieben wird, vorzugsweise in dem vorgegebenen Zeitraum im Produktionszyklus,
insbesondere während des Hochfahrens der Druckmaschine.
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Auf
diese Weise wird erreicht, dass das Schaufelrad vibriert. Bedingt
durch die Vibrationen tritt zwischen Schaufel und Druckprodukt keine
Haftreibung auf, so dass das Produkt nicht auf halbem Weg „kleben"
bleibt. Vielmehr stellt sich ein regelrechtes Förderverhalten
in Richtung Schaufelradgrund ein. Das Druckprodukt wird bis zur
Sollposition in die Schaufelradkammer „geschüttelt".
Insgesamt wird damit die Produktionssicherheit der Rollenrotationsdruckmaschine
mit dem entsprechend angetriebenen Schaufelrad stark verbessert.
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Der
vorgegebene Zeitraum im Produktionszyklus kann sich dabei über
die gesamte Produktionsdauer erstrecken. Vorteilhaft erstreckt er
sich jedoch nur über Phasen, in denen das Schaufelrad unterhalb
einer bestimmten kritischen Drehzahl betrieben wird, besonders beim
Hoch-, aber auch beim Runterfahren der Druckmaschine. Denn es hat
sich herausgestellt, dass ab einer bestimmten Drehzahl, die wiederum
von Parametern wie dem Arbeitstakt der Druckmaschine, dem Aufbau
des Schaufelrads und der Beschaffenheit des Druckprodukts abhängt, eine
ausreichende Eigendynamik des Druckprodukts vorhanden ist, so dass
es auch ohne schwingenden Antrieb des Schaufelrads den Kammergrund
erreicht bzw. weit genug in die Kammer eindringt, um eine gute Auslagequalität
sicherzustellen.
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Beim
Anlaufen der Druckmaschine kann somit einer Drehzahl des Schaufelrads,
die beispielsweise gemäß einer durch eine Steuerung
oder Regelung des Schaufelradantriebs vorgegebenen Sollwertrampe
ansteigt, eine schwingende Geschwindigkeitskomponente aufgeprägt
werden, bis die kritische Drehzahl erreicht ist, ab der die Eigendynamik
der Druckprodukte ausreichend ist. Als kritische Drehzahl kann dabei
der Sollwert herangezogen werden oder eine Istwert-Messung durchgeführt
werden, wobei als kritische Drehzahl ein fester Wert festgelegt werden
kann, ab dem die Eigendynamik der Druckprodukte in jedem Fall ausreichend
ist, oder, falls eine entsprechende Einstellmöglichkeit
vorgesehen ist, produktspezifisch auf die Parameter der im jeweiligen
Los gefertigten Produkte eingestellt werden.
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Dabei
ist es einerseits denkbar, die Schaufelraddrehzahl schwingen zu
lassen bzw. der vorgegebenen Solldrehzahl eine schwingende Drehzahlkomponente
zu überlagern, so dass das Schaufelrad in Umfangsrichtung
schwingt oder vibriert. Dies ist bei gängigen Schaufelrädern
bzw. Auslegemodulen vom baulichen Aufwand her häufig relativ
einfach umzusetzen, da hier meist schon ein Einzelantrieb für
das Schaufelrad vorgesehen ist. Der Einzelantrieb kann dann mit
einer Solldrehzahl angesteuert werden, die eine schwingende Komponente
aufweist. Alternativ oder ergänzend dazu wäre
es aber andererseits auch möglich, das Schaufelrads in
axialer oder radialer Richtung in Schwingung zu versetzen.
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Insbesondere
in ersterem Fall kann die Antriebsvorrichtung vorteilhaft einen
Drehantrieb aufweisen, der die schwingende Drehzahl an das Schaufelrad
liefert, beispielsweise einen Elektromotor und/oder einen Stromrichter.
Der normalen Betriebskurve der Antriebsregelung (Drehzahl über
die Zeit) des Elektromotors und/oder Stromrichters kann dann eine
Schwingung überlagert werden, z. B. in Form einer schwingenden
Eingangsspannung. Damit könnte auch eine Feineinstellung
der Drehzahlschwingung hinsichtlich sich verändernder Schwingungsamplitude
bzw. -frequenz in Abhängigkeit von der Momentandrehzahl
erfolgen, falls dies nötig sein sollte.
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In
zweiterem Fall kann eine horizontal oder vertikal bzw. axial oder
radial verschiebliche Lagerung des Schaufelrads vorgesehen sein,
sowie ein entsprechender Linearantrieb, mit dem das Schaufelrad
zusätzlich zu der Drehbewegung schwingend in Radial- oder
Axialrichtung antreibbar ist. Dies ist besondere bei einem solchen
Auslegemodul vorteilhaft, das, wie in der schon eingangs angesprochenen Schrift
DE 10 2004 029 170
A1 , schon einen horizontalverschieblichen Unterbau aufweist.
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Alternativ
oder ergänzend könnte das Schaufelrad auch schwenkbar
an einer achsparallelen Aufhängung angebracht sein und
eine schwingende Schwenkbewegung der Drehbewegung des Schaufelrads überlagert
werden.
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Schließlich
wäre es ebenfalls denkbar, das Schaufelrad an sich weiterhin
schwingungsfrei drehanzutreiben und lediglich die Schaufeln in Schwingungen
zu versetzten.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche
und werden zusammen mit weiteren bevorzugten Weiterbildungen der
Erfindung nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen erläutert.
Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Vielmehr
können die Merkmale Ansprüche und der nachfolgenden
beschriebenen Ausführungsform in jedweder Kombination,
soweit dies sinnvoll erscheint, miteinander kombiniert werden, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Auslegemodul gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung zusammen mit einem
Falzapparat einer Druckmaschine in Seitenansicht;
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2 eine
Vorderansicht des in 1 gezeigten Auslegemoduls; und
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3 eine
Betriebskurve einer Antriebsvorrichtung für ein Schaufelrad
eines Auslegemoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Auslegemodul 10 zusammen
mit einem Falzapparat 11 einer Rollendruckmaschine. Der
Falzapparat 11 verfügt über einen Schneidmesserzylinder 12,
einen Falzmesserzylinder 13 sowie einen Falzklappenzylinder 14.
Der Schneidmesserzylinder 12 sowie der Falzklappenzylinder 14 drehen
sich gleichsinnig sowie gegensinnig zum Falzmesserzylinder 13.
Zwischen Schneidmesserzylinder 12, Falzmesserzylinder 13 und
Falzklappenzylinder 14 wird ein Bedruckstoff 15 bewegt
bzw. geführt. Der Schneidmesserzylinder 12 umfasst
zwei Schneidmesser 16. Mit Hilfe der Schneidmesser 16 sind
vom Bedruckstoff 15 Exemplare abtrennbar. Der Falzmesserzylinder 13 umfasst
drei Falzmesser 17 sowie drei Punktureinrichtungen 18.
Die drei Falzmesser 17 sind jeweils mit einem Winkel von
120° voneinander beabstandet am Umfang des Falzmesserzylinders 13 positioniert.
Die drei Punktureinrichtungen 18 sind ebenfalls jeweils mit
einem Winkel von 120° voneinander beabstandet am Umfang
des Falzmesserzylinders 13 positioniert, wobei zwischen
zwei Falzmessern 17 jeweils eine Punktureinrichtung 18 angeordnet
ist. Der Falzklappenzylinder 14 verfügt vorzugsweise über
drei Falzklappen 19, die auch mit einem Winkel von 120° voneinander
beabstandet am Umfang des Falzklappenzylinders 14 positioniert
sind.
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Zur
Bereitstellung eines Falzes an einem vom Bedruckstoff 15 mithilfe
des Schneidmesserzylinders 12 abgetrennten Exemplars wirken
Schneidmesserzylinder 12, Falzmesserzylinder 13 sowie Falzklappenzylinder 14 derart
zusammen, dass beim Abtrennen eines Exemplars vom Bedruckstoff 15 mithilfe
eines Schneidmessers 16 des Schneidmesserzylinders 12 das
abgetrennte Exemplar am Blattanfang von einer Punktureinrichtung 18 gehalten
und unter Drehung des Falzmesserzylinders 13 weiterbewegt
wird. Hierdurch wird das abgetrennte Exemplar in eine für
die Falzbildung definierte Relativposition zwischen Falzmesserzylinder 13 und
Falzklappenzylinder 14 bewegt, wobei dann, wenn diese Relativposition
erreicht ist, ein Falzmesser 17 des Falzmesserzylinders 13 das
Exemplar im Falzbereich zwischen geöffnete Falzklappen 19 des
Falzklappenzylinders 14 drückt, wohingegen die
Punktureinrichtung 18 das Exemplar freigibt. Das so vom
Falzklappenzylinder 14 gehaltene Exemplar wird dann unter
Drehung des Falzklappenzylinders 14 weiterbewegt und an
einer geeigneten Position vom Falzklappenzylinder 14 an das
erfindungsgemäße Auslegemodul 10 übergeben.
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Das
Auslegemodul 10 verfügt gemäß 1 über
ein Schaufelrad 20 mit mehreren Schaufeln, wobei benachbarte
Schaufeln des Schaufelrads 20 Schaufeltaschen begrenzen.
Wie bereits oben erwähnt, werden im Falzklappenzylinder 14 gehaltene Exemplare
bzw. Produkte vom Falzklappenzylinder 14 an das Auslegemodul 10 übergeben,
wobei hierzu Förderbänder 21 zum Einsatz
kommen, die an Umlenkwalzen 22 geführt sind. Die
gefalzten Exemplare bzw. Produkte werden demnach im Bereich der
Förderbänder 21 von den Falzklappen 19 des
Falzklappenzylinders 14 freigegeben, an die Förderbänder 21 übergeben
und über die Förderbänder 21 in
Schaufeltaschen des Schaufelrads 20 eingeführt.
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Neben
dem Schaufelrad 20 umfasst das Auslegemodul 10 weiterhin
ein Auslegerband 23, wobei das Schaufelrad 20 die
gefalzten Exemplare bzw. Produkte auf dem Auslegerband 23 ablegt.
An das Auslegerband 23 kann sich ein weiteres Transportband 24 anschliessen.
Wie 1 entnommen werden kann, ist dem Schaufelrad 20 ein
Einzelantrieb 25 zugeordnet, mithilfe dessen das Schaufelrad 20 und
gegebenenfalls das Auslegerband 23 angetrieben wird. Im
gezeigten Aus führungsbeispiel umfasst demnach das erfindungsgemäße
Auslegemodul 10 das Schaufelrad 20, den dem Schaufelrad 20 zugeordneten
Einzelantrieb 25 sowie das Auslegerband 23.
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Im
dargestellten Beispiel erfolgt die Aufschaltung der schwingenden
Schaufelrad-Geschwindigkeitskomponente jedoch nicht über
den Einzelantrieb 25, wie weiter unten noch näher
erläutert werden wird. Falls dies gewünscht wird
kann dem Auslegerband 23 jedoch ein eigener Antrieb zugeordnet sein
und der Einzelantrieb des Schaufelrads direkt auf der Schaufelradwelle
angeordnet sein.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiels soll die schwingende
Geschwindigkeitskomponente dagegen über eine in horizontaler
und/oder vertikaler Richtung relativ zum Falzapparat 11 verschiebliche und
antreibbare Anordung des Schaufelrads 20 erfolgen, im dargestellten
Beispiel über eine im Sinne des Doppelpfeils 26 der 2 in
horizontale Richtung linearbewegliche Anordnung.
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Dazu
kann das Schaufelrad 20 zusammen mit seinem Einzelantrieb 25 über
sein Gestell auf einem nicht dargestellten Rahmen des Auslegemoduls linearverschieblich
und – antreibbar abgestützt sein, wie am besten
aus 2 deutlich wird, wobei dann die in Zusammenhang
mit 3 noch näher zu erläuternde
Schwingung in Horizontalrichtung (welche gleichzeitig die Axialrichtung
des Schaufelrads darstellt) über einen entsprechenden Linearmotor
erzeugt und auf das Schaufelrad 20 relativ zu dem nicht dargestellten
Rahmen übertragen werden können. Zur Gewährleistung
einer einfachen Verschieb- und Oszillierbarkeit kann das Schaufelrad 20 aber
auch in einem nicht-dargestellten Schienensystem in horizontaler
und/vertikaler Richtung verschieblich gelagert bzw. geführt
sein, wobei die eigentliche, oszillierende Linearbewegung bevorzugt über
elektromotorische, aber auch über pneumatische oder hydraulische
Antriebseinrichtungen erfolgen kann.
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Zusätzlich
oder alternativ kann das erfindungsgemäße Auslegemodul 10 im
Sinne der in 1 gezeigten Doppelpfeile 27 und 28 in
einer weiteren horizontalen Richtung sowie in vertikaler Richtung
relativ zum Falzklappenzylinder 14 verschieb- und oszillierbar
ausgebildet sein, wobei in diesem Fall das Schaufelrad 20 zusammen
mit dem Einzelantrieb 25 sowie dem Auslegerband 23 sowie
nichtdargestellten Ausstreifvorrichtungen insgesamt in horizontaler
und/oder vertikaler Richtung verschieb- und oszillierbar ist. Wie
in 1 und 2 angedeutet, kann das erfindungsgemäße
Auslegemodul 10 oder Schaufelrad 20 des Weiteren
um eine Drehachse 29 drehbar bzw. schwenkbar und oszillierend
antreibbar angeordnet sein.
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Mit
einem derart verschiebbaren und oszillierbaren Auslegermodul 10 ist
es möglich, dasselbe optimal an sich verändernde
Produkte, insbesondere an sich verändernde Produktbreiten
sowie sich verändernden Produktstärken bzw. Produktdicken,
anzupassen, so dass die Schwingung immer optimal auf das jeweilige
Produkt, aber auch auf die momentanen Betriebsparameter, wie beispielsweise
die momentane Drehzahl des Schaufelrads 20 abstimmbar ist.
Mit anderen Worten könnte beispielsweise in Abhängigkeit
von der Momentaldrehzahl eine höhere oder niedrigere Schwingungsamplitude
oder Frequenz eingestellt werden.
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Der
Schwingantrieb des Schaufelrads 20 bzw. des Auslegemoduls 10 relativ
zum Falzapparat 11 kann dabei manuell zuschaltbar sein
oder voll automatisiert in Abhängigkeit vom momentanen
Zeitpunkt im Produktionszyklus bzw. in Abhängigkeit von der
Momentandrehzahl des Schaufelrads in einer Antriebssteuerung oder
-regelung hinterlegt sein. Auch ist es möglich, in einem
Steuerungsrechner für das Auslegermodul 10 verschiedene
Schwingungsamplituden oder Frequenzen in Abhängigkeit von vordefinierten
Produktbreiten und/oder Produktstärken zu hinterlegen,
um in Abhängigkeit dieser Voreinstellungen die Schwingung
des Schaufelrads vollautomatisch feineinzustellen.
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In 3 ist
für eine Ausführungsform der Erfindung, bei der
die Schwingung des Schaufelrads über einen Drehmotor mit
oszillierender bzw. schwingender Drehzahlkomponente bewirkt wird,
die in einer Steuerung des Drehantriebs des eigenangetriebenen Schaufelrads
hinterlegte Betriebskurve dargestellt, die den Solldrehzahlverlauf über
die Zeit im Produktionszyklus wiedergibt.
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Man
erkennt, dass die Solldrehzahl des Schaufelrads beim Hochfahren
der Druckmaschinen beginnend an einem Startzeitpunkt tS der
Maschine entlang einer „Sollrampe" ansteigt, bis zum Zeitpunkt tP die Produktionsdrehzahl nP erreicht
ist. In einem Bereich unterhalb einer zum Zeitpunkt tD erreichten kritischen
Drehzahl nD, ab der eine ausreichende Eigendynamik
der Produkte angenommen wird, ist der hier grob gestrichelt dargestellten
Sollrampe eine fein gestrichelt dargestellte Schwingungskomponente
gewissermaßen aufmoduliert bzw. überlagert, so
dass sich in diesem Drehzahlbereich das gezeigte, mit einer überlagerten
Welle ansteigende Bild der Betriebskurve ergibt. Ferner erkennt
man, dass die Betriebskurve einen gewissen Vorlauf aufweist, da
das Schaufelrad schon ab einem Zeitpunkt tV vor
dem Startzeitpunkt der Maschine mit der schwingenden Solldrehzahlkomponente
beaufschlagt wird.
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Wenn
das Schaufelrad anstatt der Drehzahlschwingung dagegen mit einer
Schwingung in Horizontalrichtung bzw. in Achsrichtung des Schaufelrads
beaufschlagt wird, wie in dem in den 1 und 2 dargestellten
Beispiel, verläuft die Sollrampe der Drehzahl im Bereich
unterhalb von nD dagegen entlang den grobgestrichenten
Geradenabschnitten, wohingegen der Horizontalantrieb den feingestrichelt angegebenen
Sollwertverlauf aufweist.
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Selbstverständlich
sind Abweichungen von den gezeigten Varianten möglich,
ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.
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So
ist in dem in 3 gezeigten Beispiel der Steuerung
des Schaufelrad-Eigenantriebs zwar eine drehzahlabhängige
Steuerung vorgesehen. Daneben wäre die Erfindung aber auch
genauso bei einem lagegesteuerten Eigenantrieb des Schaufelrads denkbar,
wobei dann der Lagesollwert entsprechend schwingt. Ebenso wäre
eine Drehzahl- oder Lageregelung denkbar.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schwingungskomponente
ferner in etwa sinusförmig. Im Rahmen der Erfindung wären
aber auch andere Schwingungsformen denkbar, insbesondere eine Rechteck-
oder Sägezahnform.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Schaufelrad
bzw. das Auslegemodul mit einer erzwungenen Schwingung angetrieben.
es wäre aber auch denkbar, eine über den gewünschten
Zeitraum abklingende, freischwingende Geschwindigskomponente zu
Beginn dieses Zeitraums einzubringen, beispielsweise über
geeignete Federlagerungen oder dergleichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004029170
A1 [0004, 0013]