DE10338976B4 - Verfahren zur Rhythmuskompensation bei Bogenrotationsdruckmaschinen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Regelung der Bogenübergabe bei einer Bogenrotationsdruckmaschine (1) mit mehreren Druckwerken (2), wobei mindestens zwei Druckwerke (2) über einen separaten Antrieb (7, 8) verfügen, so dass zwischen zwei Druckwerken (2) eine Trennstelle entsteht, wobei an der Trennstelle zwischen den Druckwerken (2) eine Bogenübergabe stattfindet, wobei durch eine entsprechende Regelung (12) wenigstens einer der Antriebsmotoren (7, 8) der beiden Druckwerke (2) an der Trennstelle so angesteuert wird, dass dem von diesem Antriebsmotor (7, 8) angetriebenen Druckwerk (2) eine Schwingung überlagert wird, so dass rhythmische Schwankungen des Differenzwinkels (φ) oder Differenzwegs am Umfang der getrennten Zylinder (4, 5) zum Maschinenwinkel der Bogenübergabe an einen Sollwert angeglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastzeit der Regelung (12) zur Rhythmuskompensation am Anfang des Kompensationsvorgangs sehr kurz ist und dass die anfangs kurze Abtastzeit anschließend verlängert wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Bogenübergabe bei einer Bogenrotationsdruckmaschine mit mehreren Druckwerken, wobei mindestens zwei Druckwerke über einen separaten Antrieb verfügen, so dass zwischen zwei Druckwerken eine Trennstelle entsteht, wobei an der Trennstelle zwischen den Druckwerken eine Bogenübergabe stattfindet.
• Im Gegensatz zu Rollenrotationsdruckmaschinen im Zeitungs- und Akzidenzdruckbereich, welche mit durchgehenden Papierbahnen arbeiten und deren Druckwerke meist über eine Vielzahl von separaten elektrischen Elektromotoren zum Antrieb der Druckzylinder verfügen, ist es bei Bogenrotationsdruckmaschinen meistens Standard, die Druckzylinder der einzelnen Druckwerke einer Bogenrotationsdruckmaschine sowie die zwischen den Druckwerken gelegenen Transport- und Übergabezylinder mit einem Räderzug über Zahnräder mechanisch miteinander zu koppeln und diesen Räderzug mittels eines Hauptantriebs elektrisch anzutreiben. Über je mehr Druckwerke eine Bogendruckmaschine jedoch verfügt, desto größer wird die Schwingungsproblematik, welche dazu führt, dass die Registergenauigkeit leidet und Fehler im Druckbild erscheinen. Aus diesem Grund ist es auch bei Bogendruckmaschinen zumindest bei langen Maschinen, z. B. ab zehn Druckwerke aufwärts, sinnvoll, die Maschine wenigstens an einer Stelle aufzutrennen, so dass die Maschine von mindestens zwei Elektromotoren angetrieben werden muss, wodurch die zwei Teilmaschinen schwingungstechnisch voneinander entkoppelt sind. Das führt dazu, dass sich die Schwingungen nicht so sehr aufschaukeln wie bei einer Maschine mit vielen Druckwerken und durchgehendem Räderzug, verursacht auf der anderen Seite aber auch ein Problem, da bei der Übergabe eines Bogens an der Trennstelle sichergestellt werden muss, dass zum Zeitpunkt der Bogenübergabe die Greifer- und Übergabepunkte der übergebenden Zylinder genau gegenüber stehen.
• Aus der DE 41 37 979 A1 ist ein Mehrfachantrieb für eine Druckmaschine mit mehreren Druckwerken bekannt, deren Antrieb so ausgelegt ist, dass die Zylinder der einzelnen Druckwerke oder Druckwerksgruppen bei der Bogenübergabe eine exakt definierte Winkelstellung aufweisen. Dadurch soll eine saubere Bogenübergabe zwischen den Druckwerken oder Druckwerksgruppen, welche über separate Antriebe verfügen, gewährleistet werden. Diese Regelung ist jedoch nur zu dem Zeitpunkt der Bogenübergabe wirksam, wodurch starke Störungen verursacht werden, welche die Genauigkeit der Bogenübergabe nicht hinreichend verbessern. Auch eine sehr steif ausgelegte Regelung liefert dabei nicht die zum Drucken erforderliche Genauigkeit.
• Ein weiterer Antrieb für Druckmaschinen mit mehreren Druckwerken, wobei einzelne Druckwerke oder Druckwerksgruppen über separate Antriebe verfügen, geht aus der DE 198 26 338 A1 hervor. Dieser Antrieb soll die Schwingungen von der Umdrehungsfrequenz der Maschine oder Vielfachen davon ausregeln, indem die Phasenlagen der Einzelantriebe derart gegeneinander verschoben werden, dass zu den Zeitpunkten der periodisch wiederkehrenden Übergabe die Relativposition der entkoppelten Zylinder zueinander eine maximale Übereinstimmung aufweisen. Die Bogenübergabe zwischen den entkoppelten Maschinenteilen erfolgt dabei näherungsweise bei gleichen Maschinenwinkeln und sorgt so für eine gleichbleibende Abweichung zu den Übergabezeitpunkten, welche möglichst gering ausfallen soll.
• Aus der DE 101 49 525 A1 ist ein Verfahren zur Kompensation mechanischer Schwingungen bekannt, welches das Frequenzspektrum der Schwingungen betrachtet. Das Frequenzspektrum macht die Schwingungen näherungsweise als Schwingungsanteile diskreter Frequenzen sichtbar, wobei die Schwingungen dieser Frequenzen dann gezielt mit einer Gegenschwingung entsprechender Frequenz, Phase und Amplitude kompensiert werden. Die Kompensation wird z. B. durch einen Motor ausgeübt, welcher bei Drehschwingungen diesen entgegenwirkt.
• Die europäische Patentanmeldung EP 1 202 147 A2 zeigt ein Verfahren zur Kompensation mechanischer Schwingungen in Druckmaschinen, wobei die Druckmaschine in wenigstens zwei Teile aufgeteilt ist. Auf diese Art und Weise entsteht in der Druckmaschine eine Trennstelle, an der ein Bogen übergeben wird. Ziel der europäischen Patentanmeldung EP 1 202 147 A2 ist es, bei der Übergabe von Bogen einen gleichen Übergabewinkel zu erzeugen, ohne dass dieser durch Schwingungen nicht ganzzahliger Ordnung beeinträchtigt wird. Dies geschieht dadurch, dass diskrete Frequenzanteile mechanischer Schwingungen dadurch kompensiert werden, dass ein im Wesentlichen harmonisches Moment gleicher Frequenz mit bestimmter Amplitude und Phase derart von einem direkt oder indirekt auf die Maschinenwelle einwirkenden Aktuator überlagert wird, dass die Amplitude der Schwingungen auf der Maschinenwelle für diese Frequenz reduziert wird. Dabei kann das Kompensationsmoment insbesondere von einem Motor, welcher ohnehin auf die Maschinenwelle direkt oder indirekt einwirkt, ausgeübt werden. Dieses Kompensationsverfahren ermöglicht auch eine Kompensation von nicht in einem ganzzahligen Verhältnis zur Umdrehungsfrequenz der Maschinenwelle stehenden Frequenzen. Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, dass die Trennstellen von mechanisch entkoppelten Bogendruckmaschinen bei der Bogenübergabe erheblich wiederholgenauer positioniert werden.
• Die Offenlegungsschrift DE 102 17 707 A1 zeigt eine Kompensationseinrichtung für Schwingungen einer Winkelgröße in einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine mit einem zugeordneten auf die Winkelgröße einwirkenden Aktuator. Dabei wird der Kompensationseinrichtung ein für den Winkelgrößenverlauf repräsentatives Signal zugeführt, und die Kompensationseinrichtung erzeugt ein Ausgangssignal für den Aktuator. Die Kompensationseinrichtung weist wenigstens ein Filter in Form einer Übertragungsfunktion oder einer Summe von Übertragungsfunktionen auf, deren Frequenzparameter den zu kompensierenden Schwingungsfrequenzen entsprechen. Auch diese Kompensationseinrichtung dient dazu, die Bogenübergabe bei einer Bogendruckmaschine mit getrenntem Räderzug und wenigstens zwei Antrieben an der Trennstelle zwischen den Räderzügen zu verbessern.
• Die Offenlegungsschrift DE 101 19 140 A1 zeigt eine Bedruckstoffe verarbeitende Maschine, welche einen doppeltgroßen Gegendruckzylinder und einen diesem vorgeordneten doppeltgroßen Bogentransportzylinder aufweist.
• Die genannte Lösung der DE 41 37 979 A1 hat vor allen Dingen den Nachteil, dass die Regelung der separaten Antriebe der aufgetrennten Bogendruckmaschinenteile nur zu den Zeitpunkten der Bogenübergabe aktiv wird, welches das Beherrschen der in der Maschine auftretenden Schwingungen nicht gerade einfach macht. Eine solche Regelstrategie arbeitet nämlich ungleichmäßig und kann so leicht zu neuen Schwingungsproblemen führen.
• Die Lösung aus der DE 198 26 338 A1 hat den Nachteil, dass sie nur die Auswirkungen von Schwingungen ganzzahliger Maschinenordnungen eliminieren kann, indem sie die mittlere Abweichung der an der Bogenübergabe beteiligten Zylinder zum Maschinenwinkel (entspricht Zeitpunkt) der Bogenübergabe regelt. Die Dublieren verursachenden rhythmischen Schwingungen der Relativstellung zu den Maschinenwinkeln der Bogenübergabe kann sie nicht beeinflussen.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, welches aus dem Stand der Technik resultierende Nachteile beseitigt.
• Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen und den Zeichnungen zu entnehmen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist hervorragend geeignet, die Regelung der Bogenübergabe bei Bogenrotationsdruckmaschinen zu übernehmen, welche über mehrere Druckwerke verfügen, wobei mindestens zwei Druckwerke über einen separaten Antrieb verfügen. Zwischen den separat angetriebenen Druckwerken befindet sich so eine Trennstelle, an der dann die kritische Bogenübergabe stattfindet. Es ist dabei unerheblich, ob in einer solchen Bogenrotationsdruckmaschine sämtliche Druckwerke über einzelne Antriebe verfügen, oder nur bestimmte Druckwerke Einzelantriebe aufweisen, welche so mit weiteren Druckwerken zu Druckwerksgruppen zusammengefasst werden. Es können sogar mehrere Einzelantriebe an einem Druckwerk vorhanden sein, so dass z. B. Plattenzylinder und Offsetdruckzylinder sowie Gegendruckzylinder über einen gemeinsamen Antrieb verfügen, während die zugeordneten Transportzylinder wiederum einen eigenen Antrieb aufweisen. Es ist außerdem möglich, dass genau die Zylinder, zwischen denen die Bogenübergabe über der Trennstelle stattfindet, über eigene separate Antriebe verfügen, während in anderen Ausführungsformen weiter entfernt von der Trennstelle liegende Zylinder angetrieben werden.
• Mit der erfindungsgemäßen Regelung ist es jetzt möglich, die Druckwerke an der Trennstelle so anzusteuern, dass dem Schwingungsverhalten der Maschine eine Schwingung derart überlagert wird, dass rhythmische Schwankungen des Differenzwinkels zwischen beiden Zylindern an der Trennstelle zum Maschinenwinkel der Bogenübergabe an einen Sollwert angeglichen und damit rhythmische Schwankungen des sogenannten Übergabepassers zwischen den getrennten Druckwerken möglichst zu Null kompensiert werden. Das Ziel ist somit das gleiche wie beim Stand der Technik, wird aber durch eine gleichmäßige Regelung, nämlich durch Überlagerung einer Schwingung, erreicht und führt so nicht zu zeitlich kurzen aber intensiven Regelvorgängen wie beim Stand der Technik. Um eine solche Regelung effektiv vornehmen zu können, ist es wichtig das Spektrum der an einer Bogenrotationsdruckmaschine auftretenden Schwingungen zu analysieren. Dabei stellt sich heraus, dass die das Druckbild beeinträchtigenden Störungen kaum von Bauteilen der Druckmaschine herrühren, welche mit der Umdrehungsfrequenz der Druckmaschine respektive der Druckzylinder arbeiten bzw. einem Vielfachen davon, sondern vor allen Dingen von doppeltgroßen oder dreifachgroßen Transportzylindern herrühren. Deren Schwingungen weisen Schwingungsfrequenzen auf, welche nicht ganzzahlig im Bezug auf die Maschinendrehzahl respektive Umdrehungsfrequenz sind, sondern halbtourig bzw. dritteltourig auftreten. Dies kommt daher, dass sich die doppeltgroßen Transportzylinder nur mit halber Maschinendrehzahl und die dreifachgroßen Transportzylinder nur mit einem Drittel der Maschinendrehzahl drehen. Ein halbtouriger Schwingungsrhythmus wird unter anderem auch durch ungleiche Greifereinstellungen sowie Zahnradkorrekturen verursacht. Durch die Erfindung können nun auch solche Rhythmen effektiv ausgeregelt werden, in denen eine Schwingung mit halber Frequenz der Grundschwingung der Maschine bzw. mit einem Drittel der Grundschwingung der Maschine auftritt. Die auftretenden Schwingungen werden so sehr effektiv kompensiert und beeinträchtigen die Positioniergenauigkeit an der Trennstelle nicht mehr, so dass eine zum Drucken ausreichende Registergenauigkeit erreicht werden kann.
• In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bogenrotationsdruckmaschine einen doppelt großen Transportzylinder oder andere Schwingungsquellen aufweist, welche mit einer im Vergleich zur Maschinendrehzahl halbtourigen Drehzahl arbeiten, und dass die Regelung für die Kompensation der Auswirkungen der halbtourigen Schwingungen und deren Oberwellen auf die Wiederholgenauigkeit der Bogenübergabe mittels wenigstens eines der Antriebsmotoren eine diese Auswirkungen kompensierende Schwingung überlagert. Gerade bei halbtourigen Schwingungen kommt der Vorteil der Regelung mittels überlagerten Schwingungen zur vollen Geltung, da diese sonst sehr schlecht kompensiert werden können. Neben den Grundschwingungen der Ordnung 0,5 d. h. der halben Frequenz der Maschinendrehzahl bzw. Grundschwingung, treten nämlich auch höhere Ordnungen z. B. 1,5; 2,5; 3,5; ..., 14,5 auf, deren Auswirkungen auf den halbtourigen Rhythmus durch die halbtourige Schwingungskompensation ebenfalls beseitigt werden. Es ist viel einfacher, durch Überlagerung einer einzelnen Schwingung, die Auswirkungen der Grundschwingung und deren Oberschwingungen auf die Bogenübergabe zu eliminieren, als die Grundschwingung und die Oberschwingungen wie in der DE 101 49 525 A1 einzeln zu dämpfen.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der Regelung der Rhythmus von Schwingungsquellen, welche einen im Vergleich zur Maschinendrehzahl dritteltourigen Rhythmus aufweisen, durch Überlagerung einer Schwingung kompensiert wird. Dieses Verfahren eignet sich besonders dazu, die Auswirkungen der Schwingungen in Bogenrotationsdruckmaschinen zu vermeiden, welche von dreifach großen Transportzylindern herrühren.
• Eine weiter Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der Regelung der Rhythmus von Schwingungsquellen, welche einen im Vergleich zur Maschinendrehzahl 1 / m tourigen Rhythmus aufweisen, durch Überlagerung einer entsprechenden Schwingung kompensiert wird. Auf diese Weise werden die Auswirkungen von Grundschwingungen, die in einem beliebigen Verhältnis zur Maschinendrehzahl stehen, und deren Oberschwingungen auf die Bogenübergabe gemeinsam eliminiert.
• Um die Regelung besonders effektiv zu gestalten ist vorgesehen, dass die Abtastzeit der Regelung zur Rhythmuskompensation am Anfang des Kompensationsvorgangs sehr kurz ist. Zur Regelung wird der Rhythmus aus der Relativstellung der entkoppelten Zylinder zum Maschinenwinkel der Bogenübergabe über mehrere Umdrehungen hinweg gemessen. Die Anzahl der zur Rhythmusmessung verwendeten Umdrehungen bestimmt die mindestens erforderliche Abtastzeit zwischen zwei Regelschritten. Für eine schnelle Reaktion ist daher eine kurze Abtastzeit mit hoher Abtastfrequenz notwendig, was jedoch etwas auf Kosten der Genauigkeit der Messwerte geht.
• Es ist daher in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die anfangs kurze Abtastzeit anschließend verlängert wird. Eine niedrigere Abtastfrequenz erlaubt die Berechnung des Rhythmus aus einer größeren Anzahl von Bogenübergaben und damit eine genauere Bestimmung des Rhythmus. Dies ermöglicht eine besonders genaue Kompensation, so dass eine hohe stationäre Genauigkeit erreicht werden kann. Die Regelung arbeitet so mit einer der jeweiligen Situation angepassten Abtastfrequenz bzw. Abtastzeit.
• Die vorliegende Erfindung wird anhand mehrerer Figuren näher beschrieben und erläutert es zeigen:
• 1: ein Differenzsignal zweier mechanisch entkoppelter Zylinder an einer Trennstelle aufgetragen über dem Maschinenwinkel φ mit halbtourigem Rhythmus,
• 2: eine Kompensationsschwingung der Ordnung 0,5,
• 3: eine kompensierte Schwingung ohne halbtourigen Rhythmus,
• 4: einen Ausschnitt aus einer Bogenrotationsdruckmaschine mit wenigstens einer Trennstelle, einer ersten Art der Rhythmusmessung und einer Kompensationsregelung,
• 5: einen Ausschnitt einer Bogenrotationsdruckmaschine mit wenigstens einer Trennstelle, einer zweiten Art der Rhythmusmessung und einer Kompensationsregelung,
• 6: einen Regelkreis einer ersten Variante der Kompensationsregelung,
• 7: einen Regelkreis einer zweiten Variante der Kompensationsregelung,
• 8: einen Regelkreis einer dritten Variante der Kompensationsregelung,
• 9: einen Ausschnitt einer Bogenrotationsdruckmaschine mit der dritten Variante der Kompensationsregelung und der zweiten Art der Rhythmusmessung,
• 10: den Differenzweg am Umfang der mechanisch entkoppelten Zylinder mit Kompensationsregelung und
• 11: das Ordnungsspektrum des Differenzwegs am Umfang der mechanisch entkoppelten Zylinder mit Kompensationsregelung.
• Im folgenden wird als Signal c(t) der Differenzweg am Zylinderumfang zweier mechanisch entkoppelter Papierführungszylinder 4, 5 in einer Bogenrotationsdruckmaschine 1 gemäß einer Anordnung in 4 betrachtet. Eine mechanische Entkopplung erfolgt z. B. an der Trennstelle zwischen zwei einzeln angetriebenen Druckwerksgruppen. Beispielsweise handelt es sich um eine ”lange” Bogenrotationsdruckmaschine 1 mit 10 Druckwerken 2 und einer Wendetrommel nach dem 5. Druckwerk zum Einsatz der Maschine für Schön- und Widerdruck. Zwischen der Wendetrommel und der Speichertrommel des 5. Druckwerks befindet sich die Trennstelle. Somit sind die Wendetrommel und die Speichertrommel der Zylinder 5 nach der Trennstelle und der Zylinder 4 vor der Trennstelle in Bogenlaufrichtung gesehen. Die Beschreibung erfolgt weiterhin an Hand der Kompensation eines halbtourigen Rhythmus, d. h. durch Schwingungen von halber Maschinendrehzahl und deren Oberwellen verursachter rhythmischer Schwankungen des Relativwegs am Umfang der entkoppelten Zylinder 4, 5 zum Maschinenwinkel der Bogenübergabe bzw. des auf dem Bogen auftretenden Übergabepassers zwischen den getrennten Druckwerken 2. Ebenso kann das Verfahren jedoch zur Kompensation anderer Rhythmen eingesetzt werden, z. B. des dritteltourigen Rhythmus.
• Das Verfahren arbeitet nach dem Prinzip, durch Erzeugung einer definierten Schwingung der halbtourigen Rhythmusordnung den Einfluss einer im Signal enthaltenen Schwingung dieser Rhythmusordnung sowie ihrer Oberwellen auf die Wiederholgenauigkeit der Bogenübergabe zu kompensieren. In 1 sei c(t) als ein Differenzsignal c(φ) zweier mechanisch entkoppelter Zylinder 4, 5 dargestellt, aufgetragen über dem Maschinenwinkel φ, wobei der Maschinenwinkel fortlaufend auch mit Werten größer 360° bezeichnet wird. Zu den Winkeln α + i·360° mit α = 100° werden die Bogen zwischen den Zylindern 4, 5 übergeben. Diese Winkel sind durch senkrechte gestrichelte Linien markiert. Zur Erläuterung des Prinzips enthält das dargestellte Signal nur Oberwellen der Ordnung 0,5. Bei den beiden Bogenübergaben hat das Signal verschiedene Werte, woraus ein halbtouriger Rhythmus folgt. Durch Überlagerung des Signals c_s(φ) mit einer Schwingung der Ordnung 0,5, dargestellt in 2, resultiert das Signal in 3. Darin erfolgen die Bogenübergaben jeweils bei gleichem Wert des Differenzsignals c(φ), d. h. der halbtourige Rhythmus wird kompensiert.
• Die Rhythmuskompensationsregelung arbeitet zeitdiskret. Zwischen den Regelungsschritten erfolgt die Messung der Regelgröße. Der üblicherweise durch Betragsbildung stets positiv angegebene Rhythmus ist als Regelgröße d_M(k) ungeeignet. Wenn φ den stetig fortlaufend gezählten Maschinenwinkel bezeichnet, der bei jeder Maschinenumdrehung um 360° zunimmt, dann ist φ_Ref = φ / 2 (1) der Referenzwinkel der Maschinenordnung 0,5, welcher über jeweils zwei Maschinenumdrehungen um 360° zunimmt.
• Erfolgen die Bogenübergaben zu den Maschinenwinkeln α + i·360°, dann ist eine geeignete Regelgröße der Rhythmuskompensationsregelung die Variable d_M(k) aus der Gleichung d(φ_Ref) = d_M(k)·cos(φ_Ref – α / 2). (2)
• Dabei ist d(φ_Ref) eine hypothetische harmonische Schwingung der Rhythmusordnung, welche genau die im Signal auftretenden halbtourigen Schwankungen zu den Übergabewinkeln erzeugen würde. Unter allen Funktionen mit dieser Eigenschaft gehört d(φ_Ref) zu denen mit minimaler Amplitude, da deren Extrema auf die Winkel der Bogenübergabe fallen.
• Ist s_i der Wert des Signals c(t) zum Winkel der Bogenübergabe in Umdrehung i s_i = c(φ = α + i·360°), (3) so kann d_M(k) über eine gerade Anzahl Umdrehungen 2n zwischen Regelungsschritt k – 1 und Regelungsschritt k gemessen werden gemäß der Gleichung

  
• Dies entspricht der halben mittleren Differenz zwischen den Signalwerten zum Winkel der Bogenübergabe in geraden Umdrehungen und den Signalwerten zum Winkel der Bogenübergabe in ungeraden Umdrehungen. Andere im Signal enthaltene nicht ganzzahlige Ordnungen und stochastische Störungen beeinträchtigen die Genauigkeit der Bestimmung von d_M(k) gemäß Gleichung (4). Tendenziell steigt die Genauigkeit mit zunehmender Zahl zur Messung verwendeter Umdrehungen 2n. Diese Ausführungsform ist in 4 dargestellt. Die Berechnung der Regelgröße d_M(k) erfolgt dabei gemäß Gleichung (4) in der Berechnungseinheit 11. Dem weiter unten noch näher erläuterten Rhythmuskompensationsregler 12 wird die Regelgröße d_M(k) zugeführt. Mittels des Elements 10 werden die Sollwinkel φ(t) vorgegeben, während die Regelung 9 die Motoren 7, 8 der Zylinder 4, 5 ansteuert.
• Eine weitere Möglichkeit ist die in 5 dargestellte zweite Ausführungsform, bei der zur Berechnung der Regelgröße d_M(k) nicht nur die Bogenübergabe zwischen den mechanisch entkoppelten Zylindern 4, 5 eingeht, sondern auch weitere, insbesondere alle Bogenübergaben zwischen den Druckzylindern der mechanisch entkoppelten Druckwerke 2, also alle Bogenübergaben zwischen den Zylindern 4, 5 und 6. Werden m Bogenübergaben betrachtet und ist s_ij der Differenzweg am Umfang der an der Bogenübergabe j beteiligten Zylinder 4, 5, 6 zum Maschinenwinkel der jeweiligen Bogenübergabe der Umdrehung, in welcher der Bogen in Umdrehung i zwischen den getrennten Zylindern 4, 5, 6 übergeben wird, so kann die Regelgröße berechnet werden gemäß

  
• Durch diese Definition ist sichergestellt, dass tatsächlich die Wegdifferenzen der Übergaben in der inneren Summe aufsummiert werden, welche auf den selben Druckbogen einwirken. Vorteil dieser Ausführungsform ist die größere Genauigkeit, Nachteil der Mehraufwand durch zusätzliche Geber.
• Ziel der Rhythmuskompensation ist die Einspeisung eines geeigneten, möglichst linear auf das Signal c(t) wirkenden harmonischen Moments ab Regelungsschritt k so, dass die Regelgröße d_M(k + 1) im nächsten Regelungsschritt mit dem Sollwert d_S übereinstimmt. Ist d_M(k) = 0, kann bei doppeltgroßen Zylindern 5 mit zwei Greiferbrücken beispielsweise durch toleranzbedingte Asymmetrien ein halbtouriger Umfangspasserrhythmus auf den gedruckten Bögen auftreten. Der Sollwert d_S kann dann so vorgegeben werden, dass bei Übereinstimmung von d_M(k) mit d_S der Rhythmus auf den Druckbögen 0 wird. Der Sollwert kann z. B. beim Abdrucken der Maschine ggf. als Funktion der Geschwindigkeit ermittelt und gespeichert werden. Neben Regelgröße d_M(k) und Sollgröße d_S ist für die Rhythmuskompensationsregelung noch die Einbeziehung einer Stellgröße erforderlich. Hierfür werden verschiedene Möglichkeiten vorgestellt.
• Variante 1
• Bei Einsatz der diskreten Schwingungskompensation gemäß DE 101 49 525 A1 entspricht die Stellgröße einem Sollwert für die Kompensation der Ordnung 0,5. Eine Ausführungsform dieser Variante ist in 6 dargestellt. Die Berechnungsgleichung der Kompensationsregelung lautet in komplexer Schreibweise bei Addition der Kompensationsschwingung zum Motormoment entsprechend 4

  
• Die im Signal c(t) in der Messvorrichtung 13 zwischen Abtastschritt k – 1 und Abtastschritt k gemessene Schwingung der Ordnung 0,5 hat die Amplitude c₀(k) und die auf den Referenzwinkel φ_Ref bezogene Phase γ(k). Deren Schwingungsgleichung laute c(φ_Ref) = c₀(k)·cos(φ_Ref + γ(k)). (7)
• Die Größe c(k) = c₀(k)e^jγ(k) (8) kann in Analogie zur Wechselstromlehre als komplexe Amplitude interpretiert werden.
• Die im Abtastschritt k berechnete und zwischen Abtastschritt k und Abtastschritt k + 1 über den Prozess auf Signal c(t) einwirkende Kompensationsschwingung der Ordnung 0,5 hat die Amplitude b₀(k) und die auf den Referenzwinkel φ_Ref bezogene Phase β(k). Für die komplexe Amplitude b(k) gilt b₀(k) = |b(k)| und β(k) = Arg(b(k)). (9)
• Deren Schwingungsgleichung lautet b(φ_Ref) = b₀(k)·cos(φ_Ref + β(k)). (10)
• Die komplexe Amplitude b(k) wird nach Gleichung (6) rekursiv aus der komplexen Amplitude des vorhergehenden Abtastschritts b(k – 1) berechnet. Als Anfangsbedingung kann

  

  gewählt werden. G_G(jω₀) ist der komplexe Wert der Übertragungsfunktion des Prozesses an der Kreisfrequenz ω₀, die der Ordnung 0,5 entspricht. Der Sollwert c_S(k) der komplexen Amplitude der Ordnung 0,5 ist die Stellgröße der Rhythmuskompensationsregelung. Ein Vorteil bei Verwendung der diskreten Schwingungskompensation zur Realisierung der Rhythmuskompensation ist, dass die Messung der Größe d_M(k) parallel zur Messung der komplexen Amplitude c(k) zwischen Abtastschritt k – 1 und k erfolgen kann.
• Für die Regelabweichung e(k) des Rhythmuskompensationsreglers gilt e(k) = d_S – d_M(k) (11)
• Der durch c(k) verursachte Anteil d_h(k) an der Größe d_M(k) ist d_h(k) = c₀(k)·cos(γ(k) + α / 2). (12)
• Der Rest von d_M(k) repräsentiert den Anteil der ungeradzahligen Oberwellen der Ordnung 0,5, welcher durch die Schwingung der Ordnung 0,5 kompensiert werden soll. Für den Sollwert c_S(k) in Abtastschritt k folgt deshalb

  
• Dieser beschreibt eine Schwingung der Form c_S(φ_Ref) = (d_h(k) – d_M(k) + d_S)cos(φ_Ref – α / 2). (14)
• Zur Rhythmuskompensation kann in jedem Abtastschritt zunächst mit Gleichung (13) der Sollwert c_s(k) und daraus mit Gleichung (6) die zur Erreichung dieses Sollwerts erforderliche Kompensationsschwingung berechnet werden. Von Abtastschritt k bis Abtastschritt k + 1 wirkt dann die Kompensationsschwingung nach Gleichung (10) auf das Signal ein. Als Winkel φ mit dem der Referenzwinkel φ_Ref über Gleichung (1) verknüpft ist, bietet sich zur Gewährleistung der Phasensynchronität vor allem die Verwendung des gemessenen Winkelistwerts oder des Winkelsollwerts eines Zylinders 4, 5, 6 oder einer anderen Achse der Maschine an. Bei linearem Prozess mit bekannten Parametern regelt der Rhythmuskompensationsregler 12 bei Variante 1 den Rhythmus unter Vernachlässigung von Messungenauigkeiten in einem Regelungsschritt aus.
• Variante 2
• Als weitere Möglichkeit zur Umsetzung der Rhythmuskompensation bietet sich der Einsatz in Verbindung mit einem Kompensationsregler an, welcher beispielsweise mittels eines Störmodells sicherstellt, dass die Ordnung 0,5 im Signal c(t) der Sollgröße c_S(φ_Ref) ohne bleibende Regelabweichung folgt. Eine Ausführungsform dieser Variante ist in 7 am Beispiel einer geregelten Schwingungskompensation mit internem Störmodell dargestellt. Vorteil ist die einfache Anwendung. Die Sollschwingung nach Gleichung (14) wird dabei dem Kompensationsregler der Ordnung 0,5 als Sollgröße vorgegeben. Der Kompensationsregler bewirkt die Angleichung der im Signal enthaltenen Schwingung der Ordnung 0,5 an die vorgegebene Sollschwingung. An Stelle des Messwerts c(k) der sich im Signal c(t) einstellenden Schwingung der Ordnung 0,5 kann deshalb direkt deren Sollgröße c_S(k) verwendet werden.
• Die Berechnungsgleichung (13) des Rhythmuskompensationsreglers 12 für Regelungsschritt k vereinfacht sich deshalb zu d_R(k) = d_R(k – 1) + e(k) (15) mit der von Regelungsschritt k bis Regelungsschritt k + 1 gültigen Sollgröße für den Kompensationsregler c_S(φ_Ref) = d_R(k)cos(φ_Ref – α / 2). (16)
• Gleichung (15) repräsentiert einen integrierenden Regler (I-Regler). Da die Einschwingzeit des unterlagerten Kompensationsreglers kleiner ist als die Abtastzeit, regelt der Rhythmuskompensationsregler jedoch auch bei Variante 2 den Rhythmus unter Vernachlässigung der Messungenauigkeiten von d_M(k) und den Nichtlinearitäten des Prozesses in einem Regelungsschritt aus. Jeweils im eingeschwungenen Zustand erfolgt die Messung der Regelgröße d_M(k) gemäß Gleichung (4) und Berechnung der Regeldifferenz gemäß Gleichung (11). Aus dem im vorhergehenden Abtastschritt berechneten d_R(k – 1), der Regelgröße d_M(k) und dem vorgebbaren Sollwert der Rhythmuskompensation d_S kann dann gemäß Gleichung (15) d_R(k) berechnet werden. Die daraus gemäß Gleichung (16) berechnete Sollgröße c_S(φ_Ref) wird dann dem Kompensationsregler für Ordnung 0,5 vorgegeben. Der Kompensationsregler gleicht dann die im Signal enthaltene Schwingung der Ordnung 0,5 der Sollgröße an. Dies erfordert einen Einschwingvorgang während dessen keine Messung sinnvoll ist. Nach Abschluss des Einschwingvorgangs beginnt der Messvorgang des nächsten Regelungsschritts.
• Variante 3
• Als weitere Variante ist auch die Rhythmuskompensation in Verbindung mit anderen ggf. auch sehr einfachen Reglern denkbar. Vorteil ist, dass hierbei keine Maßnahmen der Schwingungskompensation erforderlich sind, Nachteil ist die schlechtere Konvergenz der Rhythmuskompensationsregelung 12. In 8 ist eine Ausführungsform dieser Variante dargestellt. Der Ablauf entspricht dem der Variante 2 mit dem Unterschied, dass die Sollgröße nicht dem Kompensationsregler für Ordnung 0,5 vorgegeben sondern zum Sollwert der Winkelregelung addiert wird. Bei einfachen Winkelregelungen ohne Kompensationsmaßnahmen entstehen bleibende Abweichungen zwischen der sinusförmige Anteile enthaltenden Soll- und Regelgröße der Winkelregelung. Durch das integrierende Verhalten des Rhythmuskompensationsreglers 12 wird jedoch die Sollgröße der Winkelregelung so verändert, dass die Regelgröße d_M(k) der überlagerten Rhythmuskompensationsregelung 12 gegen deren Sollwert d_S konvergiert. Bei Variante 3 können zur Optimierung des Einschwingverhaltens der Rhythmuskompensationsregelung 12 auch andere Rhythmuskompensationsregler als der durch Gleichung (15) beschriebene I-Regler eingesetzt werden. Insbesondere ist die Erhöhung des I-Anteils und der Einsatz von PI-Reglern von Interesse. Die Verbindung zwischen Kompensationsregler und Maschinenregelung für Variante 3 ist in 9 dargestellt, die der 5 bei den Varianten 1 und 2 entspricht. Selbstverständlich ist die Variante 3 auch mit einer Messung der Größe d_M(k) gemäß 4 möglich.
• Eine kurze Abtastzeit der Rhythmuskompensationsregelung 12 ermöglicht eine schnelle Reduktion anfänglich großer Regelabweichungen der Rhythmuskompensationsregelung 12, bedingt jedoch entsprechend kurze Messzeiten der Regelgröße d_M(k) mit geringer Messgenauigkeit. Umgekehrt erlaubt eine lange Abtastzeit entsprechend lange Messzeiten und eine hohe Genauigkeit der gemessenen Regelgröße d_M(k) mit entsprechend hoher Qualität der Kompensation. Um sowohl eine anfänglich schnelle Reduktion der Regelabweichung als auch eine hohe stationäre Genauigkeit zu erreichen, ist eine anfänglich kurze Abtastzeit der Rhythmuskompensation mit anschließender Steigerung sinnvoll.
• In 10 ist die Wirkungsweise auf den Differenzweg am Umfang der getrennten Zylinder 4, 5 dargestellt. Der Differenzweg zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen ist darin zum Vergleich über den Maschinenwinkel von –180° bis +180° aufgetragen. Die erste Umdrehung wird durch die dünne Kurve und die zweite Umdrehung durch die dicke Kurve repräsentiert. Der Winkel der Bogenübergabe zwischen den Zylindern ist durch die durchgezogene senkrechte Linie bei –87,22° markiert. In der Nähe dieses Winkels schneiden sich die beiden Differenzwegkurven, so dass die Abweichung des Differenzwegs bei der Bogenübergabe zwischen aufeinanderfolgenden Bogen sehr gering ist. 11 stellt das Spektrum der zugehörigen Fast-Fourier-Transformierten des Differenzwegs dar. Es ist zu erkennen, dass neben der Grundschwingung im Wesentlichen die Wirkungen der Ordnungen 5,5 und 6,5 durch die Schwingung der Ordnung 0,5 kompensiert werden.
• Bezugszeichenliste

1

Bogenrotationsdruckmaschine

2

Druckwerk

3

Zylinder

4

Zylinder vor der Trennstelle mit Sensor

5

Zylinder nach der Trennstelle mit Sensor

6

mechanisch gekoppelte Zylinder mit Sensor

7

Motor zur Regelung von Zylinder 4

8

Motor zur Regelung von Zylinder 5

9

(Winkel-)Regelung der Zylinder 4 und 5

10

Berechnung des Sollwinkels φ(t)

11

Berechnung der Regelgröße d_M(k)

12

Rhythmuskompensationsregler

13

Messung der komplexen Amplitude c(k) der im Signal c(t) enthaltenen Schwingung der Ordnung 0,5 bezogen auf den Referenzwinkel φ_Ref

14

Berechnung der Größe d_h(k) aus c(k) gemäß Gleichung (12)

15

Berechnung des Sollwerts c_S(k) der Schwingungskompensation gemäß Gleichung (13)

16

Bestimmung der Sollgröße d_S der Rhythmuskompensationsregelung

17

Berechnung des Referenzwinkels φ_Ref gemäß Gleichung (1)

18

Berechnung der diskreten Schwingungskompensation gemäß Gleichung (6)

19

Generierung der Kompensationsschwingung gemäß Gleichung (10)

20

Bildung der Regeldifferenz der Rhythmuskompensationsregelung gemäß Gleichung (11)

21

eigentlicher Rhythmuskompensationsregler nach Gleichung (15)

22

Berechnung der Sollgröße c_S(φ_Ref) der Schwingungskompensation gemäß Gleichung (16)

23

Kompensationsregler mit internem Störmodel zur Angleichung der im Signal c(t) enthaltenen Schwingung der Ordnung 0,5 an die Sollgröße c_S(φ_Ref)

Claims (4)

1. Verfahren zur Regelung der Bogenübergabe bei einer Bogenrotationsdruckmaschine (1) mit mehreren Druckwerken (2), wobei mindestens zwei Druckwerke (2) über einen separaten Antrieb (7, 8) verfügen, so dass zwischen zwei Druckwerken (2) eine Trennstelle entsteht, wobei an der Trennstelle zwischen den Druckwerken (2) eine Bogenübergabe stattfindet, wobei durch eine entsprechende Regelung (12) wenigstens einer der Antriebsmotoren (7, 8) der beiden Druckwerke (2) an der Trennstelle so angesteuert wird, dass dem von diesem Antriebsmotor (7, 8) angetriebenen Druckwerk (2) eine Schwingung überlagert wird, so dass rhythmische Schwankungen des Differenzwinkels (φ) oder Differenzwegs am Umfang der getrennten Zylinder (4, 5) zum Maschinenwinkel der Bogenübergabe an einen Sollwert angeglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastzeit der Regelung (12) zur Rhythmuskompensation am Anfang des Kompensationsvorgangs sehr kurz ist und dass die anfangs kurze Abtastzeit anschließend verlängert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenrotationsdruckmaschine (1) einen doppelt großen Transportzylinder (3) oder andere Schwingungsquellen aufweist, welche mit einer im Vergleich zur Maschinendrehzahl halbtourigen Drehzahl arbeiten, und dass die Regelung (12) für die Kompensation des halbtourigen Rhythmus mittels wenigstens eines der Antriebsmotoren (7, 8) eine diesen halbtourigen Rhythmus kompensierende Schwingung überlagert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Regelung (12) der Rhythmus von Schwingungsquellen, welche einen im Vergleich zur Maschinendrehzahl dritteltourigen Rhythmus aufweisen, durch Überlagerung einer Schwingung kompensiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Regelung (12) der Rhythmus von Schwingungsquellen, welche einen im Vergleich zur Maschinendrehzahl 1 / m tourigen Rhythmus aufweisen, durch Überlagerung einer entsprechenden Schwingung kompensiert wird.

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