DE102010026204A1 - Method for compensating periodically repeated disturbing excitations in periphery of e.g. roller system of rotary printing machine, involves producing forces for compensating excitations by annular profile provided in contact with component - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Kompensation von über den Umfang eines rotierenden, insbesondere zylindrischen, Bauteils, insbesondere einer Walze, periodisch wiederkehrenden Störanregungen sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenstruktur eines ringförmigen Profils zur Kompensation von über den Umfang eines rotierenden, insbesondere zylindrischen, Bauteils, insbesondere einer Walze, periodisch wiederkehrenden Störanregungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Schwingungsreduktion in Walzensystemen von Druck- und Beschichtungsmaschinen.The present invention relates to a method and a device for compensating over the circumference of a rotating, in particular cylindrical, component, in particular a roller, periodically recurring interference excitations and a method for determining the surface structure of an annular profile for compensating over the circumference of a rotating, in particular cylindrical, component, in particular a roller, periodically recurring interference excitations. In particular, the present invention relates to vibration reduction in roll systems of printing and coating machines.
Bei dem rotierenden Bauteil kann es sich u. a. um eine einzelne Walze, zum Beispiel einer Beschichtungsmaschine, aber auch um Walzensysteme, zum Beispiel in Druckmaschinen, und auch Wellen, zum Beispiel in Turbinen, handeln.In the rotating component, it may u. a. a single roller, for example a coating machine, but also to roll systems, for example in printing presses, and also waves, for example in turbines act.
Um die Produktionsgeschwindigkeit von Druck- und Beschichtungsmaschinen zu erhöhen, können entweder die Walzen bzw. Walzensysteme verbreitert werden oder kann die Bahngeschwindigkeit vergrößert werden. Beide Maßnahmen erfordern eine Prozessoptimierung und führen zu einer stärkeren Schwingungsanfälligkeit der Walzen bzw. Walzensysteme. Durch Störanregungen verursachte Schwingungen beeinträchtigen die Druck- oder Beschichtungsqualität, unter anderem durch Streifenbildung, und führen zu einer unerwünschten Wärmeentwicklung in der Walzenbeschichtung.To increase the production speed of printing and coating machines, either the rollers or roller systems can be widened or the web speed can be increased. Both measures require process optimization and lead to a greater susceptibility to vibration of the rollers or roller systems. Vibrations caused by disturbances affect the printing or coating quality, inter alia by banding, and lead to an undesirable heat development in the roll coating.
Schwingungen in Walzen bzw. Walzensystemen werden nach dem aktuellen Stand der Technik dadurch reduziert, dass
- – die einzelnen Walzen gut ausgewuchtet werden,
- – die Eigenfrequenzen der Walzen möglichst hoch gelegt werden, indem die Walzen möglichst steif und leicht gebaut werden, zum Beispiel durch Einsatz von Kohlefaserwerkstoffen,
- – die Anpresskräfte der Walzen untereinander optimiert, d. h. möglichst klein gehalten werden,
- – passive Dämpfer eingebaut werden, und
- – aktive Systeme, wie zum Beispiel Piezoaktoren, in Lagern verwendet werden, bei denen ein großer Aufwand bezüglich Investitionen und Energie für die Aktoren und deren Regelung betrieben werden muss und die noch nicht serienmäßig eingesetzt werden.
- - the individual rollers are well balanced,
- - The natural frequencies of the rollers are set as high as possible by the rollers are as stiff and lightweight as possible, for example by using carbon fiber materials,
- - The contact forces of the rollers are optimized with each other, ie kept as small as possible,
- - passive dampers are installed, and
- - Active systems, such as piezoelectric actuators, are used in warehouses, where a great deal of investment and energy for the actuators and their control must be operated and not yet used as standard.
Die
In der
Aus der
Die
Desweiteren ergibt sich aus der
Darüber hinaus sind aus der Literatur folgende Verfahren zur aktiven und passiven Reduktion von Schwingungen in Walzensystemen bekannt:
Die Druckform im Flexodruck steht im Gegensatz zum Offset- oder Tiefdruck nicht im kontinuierlichen Kontakt mit Gegendruckzylinder bzw. Rasterwalze. Dadurch können Kanten des Druckreliefs aufgrund der Druckzylinderrotation beim Auftreffen auf die jeweilige Walze Stöße auslösen. Diese Stöße können wiederum Resonanzen im Druck- und Farbwerk erzeugen. Sichtbare Folgen davon sind oft Streifen im Druckbild bis hin zu Druckaussetzern. Diese meist als Schwingungsstreifen bezeichneten Erscheinungen sind in ihrer Ausprägung hauptsächlich abhängig von der Druckgeschwindigkeit und dem Druckmotiv, d. h. der Position der Bildelemente auf der Flexodruckform. Wenn die druckenden Bildteile ungünstig verteilt sind, ist das Auftreten von Schwingungsstreifen sogar bei niedrigen Druckgeschwindigkeiten möglich (siehe
In contrast to offset or gravure printing, the printing form in flexographic printing is not in continuous contact with impression cylinder or anilox roller. As a result, edges of the printing relief due to the pressure cylinder rotation when striking the respective roller cause shocks. These shocks can in turn generate resonances in the printing and inking unit. Visible consequences of this are often stripes in the printed image up to printing interruptions. These phenomena, usually referred to as oscillation strips, are mainly dependent on the printing speed and the printing motif, ie the position of the picture elements on the flexographic printing plate. If the printing image parts are unfavorably distributed, the occurrence of vibration marks is possible even at low printing speeds (see
Die erste bekannte Forschungsarbeit über Schwingungen an Offsetdruckmaschinen stammt von Holzweißig (
In „
Horst beschäftigt sich in „
Mit der aktiven Schwingungsminderung an Zylindern von Rollenoffsetdruckmaschinen beschäftigt sich Wimmel in der Veröffentlichung „
In der Literatur sind verschiedene Regelungsstrategien zu finden. Verbesserte Regelgüte und Robustheit erhält man mit Störgrößenaufschaltungen, die auch als Feedforward – Algorithmen bezeichnet werden (siehe
Die passiven Verfahren zeichnen sich durch die Vorteile Robustheit, Einfachheit und Verlässlichkeit aus. Hingegen sind die aktiven Regelungen viel wirkungsvoller auf die Schwingungsminderung.The passive methods are characterized by the advantages of robustness, simplicity and reliability. By contrast, the active regulations are much more effective at reducing vibration.
In „
Eine aktive Regelung nach der μ-Synthese mit Hilfe von Piezoaktoren wird bei einer Portalfräsmaschine in „
Sowohl die aus oben genannten Patenten als auch die aus der aufgeführten Literatur bekannten Verfahren und Vorrichtungen weisen verschiedene Nachteile auf:
- – Generell verursachen aktive Lösungen hohe Kosten, zum Beispiel für Aktoren, Sensoren, Regler, Steuerungshardware, Software, und großen Konstruktions- und Entwicklungsaufwand für die Integration der Komponenten und zur Entwicklung der Steuerungs- und Regleralgorithmen.
- – Die bekannten Verfahren erfordern größere Veränderungen und Umbauarbeiten an der Maschine.
- – Alle bekannten Verfahren sind auf eine spezielle Maschine abgestimmt, wobei die Adaption an verschiedene Walzen und/oder Klischees einen großen Aufwand erfordert.
- – Die bekannten passiven Verfahren sind nicht ausreichend effektiv, da sie nicht auf eine spezielle Störanregung abgestimmt sind.
- In general, active solutions cause high costs, for example, for actuators, sensors, controllers, control hardware, software, and large design and development effort for the integration of the components and for the development of the control and regulation algorithms.
- - The known methods require major changes and alterations to the machine.
- - All known methods are tailored to a specific machine, the adaptation to different rollers and / or clichés requires a lot of effort.
- - The known passive methods are not sufficiently effective, since they are not tuned to a special disturbance excitation.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Schwingungen, wie zum Beispiel Biegeschwingungen, von rotierenden Bauteilen, insbesondere Walzen, deutlich zu reduzieren. The invention is thus based on the object of significantly reducing vibrations, such as bending vibrations, of rotating components, in particular rollers.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren zur Kompensation der eingangsgenannten Art dadurch gelöst, dass mittels mindestens eines ringförmigen Profils, das auf der Außenseite oder der Innenseite des Bauteils angebracht oder darin integriert ist oder das auf oder in einer separaten Einrichtung angebracht oder darin integriert ist, die mit dem Bauteil in Kontakt ist, gezielt Kräfte zur Kompensation der Störanregungen erzeugt werden.This object is achieved in the method for compensation of the type mentioned in that by means of at least one annular profile which is mounted on the outside or the inside of the component or integrated therein or which is mounted on or in a separate device or integrated therein, the is in contact with the component, forces are specifically generated to compensate for the disturbance excitations.
Weiterhin wird diese Aufgabe bei dem Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenstruktur gemäß der eingangsgenannten Art dadurch gelöst, dass die periodisch wiederkehrenden Störanregungen mittels einer Simulationsrechnung simuliert werden, die Aufbringung von Kräften zur Erzeugung von Gegenschwingungen in einem Bereich, in dem das Profil angebracht oder angeordnet werden soll, oder in der Nähe desselben mittels Simulationsrechnungen simuliert und zur Minimierung der Schwingungen des Bauteils optimiert wird und die berechneten optimierten aufgebrachten Kräfte in Erhöhungen und Vertiefungen der Oberflächenstruktur des Profils umgesetzt werden.Furthermore, this object is achieved in the method for determining the surface structure according to the aforementioned type in that the periodically recurring interference excitations are simulated by means of a simulation calculation, the application of forces for generating counter-vibrations in an area in which the profile is to be mounted or arranged , or simulated in the vicinity of the same by means of simulation calculations and optimized to minimize the vibrations of the component and the calculated optimized applied forces are converted into elevations and depressions of the surface structure of the profile.
Darüber hinaus wird diese Aufgabe bei dem gattungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenstruktur alternativ dadurch gelöst, dass das Bauteil zum Erzeugen der periodisch wiederkehrenden Störanregungen gedreht wird, Kräfte mittels Aktoren in einem Bereich, in dem das Profil angebracht oder angeordnet werden soll, oder in der Nähe desselben zur Erzeugung von Gegenschwingungen aufgebracht werden, die Schwingungen des Bauteils mittels Sensoren gemessen, die Kräfte zur Minimierung der Schwingungen des Bauteils optimiert werden und die optimierten Kräfte in Erhöhungen und Vertiefungen der Oberflächenstruktur des Profils umgesetzt werden.In addition, this object is achieved in the generic method for determining the surface structure alternatively in that the component is rotated to produce the periodically recurring interference excitations, forces by means of actuators in an area in which the profile is to be mounted or arranged, or in the vicinity the same are applied to generate counter-vibrations, the vibrations of the component measured by sensors, the forces are optimized to minimize the vibrations of the component and the optimized forces are converted into elevations and depressions of the surface structure of the profile.
Darüber hinaus wird diese Aufgabe bei der Vorrichtung gemäß der eingangsgenannten Art dadurch gelöst, dass auf der Außenseite und/oder der Innenseite des Bauteils mindestens ein ringförmiges Profil angebracht oder darin integriert ist oder in einer separaten Einrichtung, die mit dem Bauteil schwingungstechnisch gekoppelt ist, mindestens ein ringförmiges Profil angebracht oder darin integriert ist, wobei das Profil eine Oberflächenstruktur zur gezielten Erzeugung von Kräften zur Kompensation der Störanregungen aufweist.In addition, this object is achieved in the device according to the aforementioned type in that at least one annular profile mounted on the outside and / or inside of the component or is integrated therein or in a separate device, which is coupled to the vibration component, at least an annular profile is attached or integrated therein, wherein the profile has a surface structure for the targeted generation of forces to compensate for the disturbance excitations.
Günstigerweise wird/werden bei dem Verfahren zur Kompensation das ringförmige Profil bzw. die ringförmigen Profile individuell für ein jeweiliges Bauteil erzeugt.Conveniently, in the method of compensation, the annular profile or profiles are individually generated for a respective component.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Oberflächenstruktur des Profils bzw. jedes Profils durch eine Simulationsrechnung und/oder experimentell ermittelt wird.In particular, it can be provided that the surface structure of the profile or each profile is determined by a simulation calculation and / or experimentally.
Zweckmäßigerweise wird/werden das Profil bzw. die Profile gleichzeitig mit der Herstellung des Bauteils oder eines Mantels des Bauteils erzeugt.Conveniently, the profile or profiles is / are generated simultaneously with the production of the component or a jacket of the component.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mindestens eine fest gelagerte Rolle zum Abrollen des mindestens einen Profils vorgesehen.According to a particular embodiment of the device according to the invention at least one fixedly mounted roller for unrolling the at least one profile is provided.
Alternativ ist auch denkbar, dass mindestens ein weiteres rotierendes, insbesondere zylindrisches, Bauteil, insbesondere eine Walze, vorgesehen ist, wobei das Bauteil und das weitere Bauteil aufeinander abrollend rotieren.Alternatively, it is also conceivable that at least one further rotating, in particular cylindrical, component, in particular a roller, is provided, wherein the component and the further component rotate on each other in a rolling manner.
Günstigerweise ist die separate Einrichtung ein an ein Längsende des Bauteils angesetzter Adapterring.Conveniently, the separate device is an attached to a longitudinal end of the component adapter ring.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das Bauteil ein Druckwerkszylinder.According to a further particular embodiment of the invention, the component is a printing cylinder.
Vorteilhafterweise weist der Druckwerkszylinder einen Mantel auf, der als auswechselbares Klischee ausgeführt ist.Advantageously, the printing cylinder on a coat, which is designed as a replaceable cliché.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Bauteil eine Walze mit auswechselbarer Ummantelung ist und das Profil in der Ummantelung integriert ist.Finally, it can be provided that the component is a roller with replaceable sheath and the profile is integrated in the sheath.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass sich die Schwingungen einer langen schlanken Welle dadurch reduzieren lassen, dass Kräfte oder Weganregungen vorzugsweise im Lager oder in der Nähe desselben derart aufgebracht werden, dass Gegenschwingungen zu den zu dämpfenden Schwingungen der Welle entstehen, die diese dann tilgen. Im Gegensatz zu anderen Systemen handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung weder um einen passiven Dämpfer, noch sollen die Kraft- und Weganregungen durch teure aktive Systeme erfolgen. Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich Walzenschwingungen durch Aufbau von „Gegenschwingungen” deutlich reduzieren. Damit werden Voraussetzungen geschaffen, um bei gleichbleibender oder besserer Qualität der Produkte die Produktionsgeschwindigkeit von Druck- und Beschichtungsprozessen deutlich über den aktuellen Stand der Technik hinaus zu erhöhen.The invention is based on the surprising finding that the vibrations of a long, slender shaft can be reduced by applying forces or travel excitations, preferably in the bearing or in the vicinity thereof, such that countervibrations to the vibrations of the shaft to be damped occur pay off. In contrast to other systems, the present invention is neither a passive damper, nor should the force and Weganregungen done by expensive active systems. With the present invention, roll vibrations can be significantly reduced by building up "countervibrations". This creates the prerequisites to increase the production speed of printing and coating processes significantly beyond the current state of the art, while maintaining or improving the quality of the products.
Zumindest mittels besonderer Ausführungsformen der Erfindung lassen sich folgende Vorteile erzielen:
- – Schwingungsdämpfung erfolgt passiv mit Hilfe eines auf einem Formatzylinder befindlichen ringförmigen Profils, das für eine bestimmte, periodisch mit der Formatzylinderumdrehung wiederkehrende Störanregung (zum Beispiel ein bestimmtes Klischee) optimiert wurde.
- – Das ringförmige Profil zur Schwingungsdämpfung befindet sich auf der äußeren Seite des Formatzylinders. Es kann im Gegensatz zum Beispiel zur in der
EP 1 936 214 A2 - – Es werden keine zusätzlichen aktiven Stellelemente benötigt. Trotzdem werden gezielt auf die Störanregung abgestimmte Kräfte zur Schwingungstilgung in die Walze eingeleitet. Das Profil wird für jedes Klischee individuell angefertigt, wobei die Höhe und Breite des Profils variabel sind.
- – Die Form des Profils wird mit Simulationsrechnungen und/oder durch Versuche an einem Versuchsstand optimiert. Das Profil wird berechnet, über den Umfang verteilt, um die Schwingungsmoden zu kompensieren.
- – Die Fertigung des ringförmigen Profils kann gleichzeitig mit der Herstellung eines Klischees erfolgen. Dadurch werden Kosten für teure aktive Steuerungs- oder Regelungssysteme gespart.
- - Vibration damping is passive by means of an annular cylinder located on a cylinder profile, which has been optimized for a certain, periodically with the format cylinder rotation recurring disturbance excitation (for example, a specific cliché).
- - The ring-shaped profile for vibration damping is located on the outer side of the format cylinder. It can be unlike the example in the
EP 1 936 214 A2 - - No additional active control elements are needed. Nevertheless, forces specifically adapted to the disturbance excitation are introduced into the roller for vibration damping. The profile is made individually for each cliché, with the height and width of the profile being variable.
- - The shape of the profile is optimized with simulation calculations and / or by experiments on a test stand. The profile is calculated, distributed over the circumference, to compensate for the vibration modes.
- - The production of the annular profile can be done simultaneously with the production of a cliché. This saves costs on expensive active control systems.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt:Further features and advantages of the invention will become apparent from the claims and the following description in which several embodiments are explained in detail with reference to the schematic drawings. Showing:
Bei der in
Alternativ zur in
Die optimale Form eines auf beispielsweise der Außenseite einer Walze aufzubringenden Profils lässt sich mit Hilfe von Simulationsrechnungen oder experimentell mit einer beispielhaft in
Die Vorgehensweise der Ermittlung der optimalen Form, d. h. der Oberflächenstruktur der Profile
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Profilprofile
- 22
- Walzeroller
- 33
- weitere Walzeanother roller
- 44
- feste gelagerte Rollenfixed bearing rollers
- 55
- Adapterringeadapter rings
- 66
- Lagercamp
- 77
- Erhöhungincrease
- 88th
- Vertiefungdeepening
- 1111
- Piezoaktorenpiezo actuators
- 1313
- LagewinkelsensorPosition angle sensor
- 1414
- Reglerregulator
- 1515
- Sensorensensors
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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