DE19843872A1

DE19843872A1 - Einrichtung zur Steuerung und Regelung eines Falzmesserantriebes

Info

Publication number: DE19843872A1
Application number: DE19843872A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fischer; Wolfgang Beyer; Klaus Goerner; Olaf Schinkel
Original assignee: SAECHSISCHES INST fur DIE DRU
Current assignee: MBO Postpress Solutions GmbH
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2000-03-30
Anticipated expiration: 2018-09-26
Also published as: DE19843872B4

Abstract

Einrichtung zur Steuerung und Regelung eines Falzmesserantriebes für den linearmotorischen Antrieb des Messers in Messerfalzwerken von Kombifalzmaschinen, mit mindestens einem Linearmotor (5, 6) dem eine die Position des Falzmessers (1), die Biegesteifigkeit des zu falzenden Produktes (4) und die Maschinengeschwindigkeit erfassende und zur Steuerung des Bewegungsablaufes des Falzmessers (1) dienende Steuer- und Regeleinrichtung zugeordnet ist. Mit Hilfe der Steuer- und Regeleinrichtung werden Meßwerte aufgenommen und ausgewertet, um material- und geschwindigkeitsabhängige Falzmessersteuerkurven zu erzeugen und zu realisieren, die eine hohe Falzqualität gewährleisten und manuelle Einstellungen am Falzmesser erübrigen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung eines Falzmesserantriebes, insbesondere für den Einsatz in Kombifalzmaschinen mit einem elektro magnetischen Linearmotor, zur Falzung flächenförmigen Gutes nach dem Messerfalzprinzip.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Lösungen bekannt, bei denen der Antrieb des Falzmesser mit Hilfe eines Hauptantriebes erfolgt, der eine Drehbewegung erzeugt, welche mit Hilfe von geeigneten Getriebegliedern umgeformt wird. Als Getriebeglieder kommen dabei zumeist Schubkurbeln oder Kreuzschleifen zum Einsatz. Je nach Ausführung schlägt das von diesen angetriebene und in Linearführungen geführte Falzmessers entweder taktgebunden ein, was bei unregelmäßiger Bogenfolge zu Problemen führt, oder es sind zusätzliche Sensoren angeordnet, die die Position des Bogen erfassen und eine bogengesteuerte Messereinschlagbewegung ermöglichen. Zur Realisierung der bogengesteuerten Messereinschlagbewegung werden dabei weitere Getriebeelemente, die sich unter dem Sammelbegriff Kupplungs-Brems-Einheiten zusammenfassen lassen, benötigt. Ungünstig ist bei allen diesen Ausführungsformen der hohe technische Aufwand und der vor allem an den Kupplungs-Brems- Einheiten auftretende hohe Verschleiß. Ferner wird je nach Kompliziertheit der umzusetzenden Falzmesserbewegung eine Vielzahl einzelner Getriebeelemente benötigt.

Ein anderes Antriebsprinzip wird in der Schrift DE-AS 16 11 344 beschrieben. Sie offenbart eine Lösung, bei der zum Antrieb des Falzmessers Druckluft verwendet wird. Die Verwirklichung eines druckluftgetriebenen Falzmessers erfordert neben dem Einsatz von Führungselementen, noch zusätzlich die Verwendung von Pneumatikzylindern und Ventilen. Getriebeelemente zur Bewegungstransformation können hier jedoch entfallen. Zum Betrieb des Systems muß allerdings Hilfsenergie in Form von Druckluft zur Verfügung stehen oder aber erzeugt werden. Des weiteren gestaltet sich in der Praxis die Realisierung der geforderten Bewegungsabläufe unter dem Gesichtspunkt hoher Genauigkeit im Bereich von zehntel Millimetern ohne weitere Baueinheiten kompliziert. So konnte bislang auf zusätzliche Dämpfungs- und Bremselemente nicht verzichtet werden. Zur Realisierung komplexer Bewegungsabläufe, erwies sich der Antrieb durch Druckluft bislang als zu aufwendig.

Diesen Erkenntnissen trägt die in der Offenlegungsschrift DE 29 17 616 offenbarte Erfindung Rechnung. Es wird vorgeschlagen zum Antrieb des Falzmessers einen Linearmotor zu verwenden, der mit dem Falzmesser verbunden ist und vor den Umkehrpunkten an sich bekannte Einrichtungen zur Dämpfung und Gegenbremsung anzuordnen. Bei einer Lösung wie in Fig. 4 der oben genannten Schrift dargestellt, erübrigt sich der Einsatz zusätzlicher Getriebeglieder und es muß nicht auf Druckluft als Hilfsenergie zurückgegriffen werden. Eine Anpassung des Bewegungsverlaufs des Falzmessers an wechselnde Falzbogenmaterialien, Falzbogendicken, Förderbandgeschwindigkeiten und/oder Falzwalzenumfangsgeschwindigkeiten ist auf diese Weise nicht möglich.

Für den Einsatz in der industriellen Produktion ist aber zumindest eine Einstellungsmöglichkeit für die Anpassung an die Falzbogendicke oft unerläßlich. Wird eine solche Einrichtung mit der die Eintauchtiefe des Falzmessers zwischen die Falzwalzen eingestellt werden kann benötigt, kann auch bei der in Offenlegungsschrift DE 29 17 616 offenbarten Erfindung auf den Einsatz weiterer Getriebeglieder nicht verzichtet werden. So kommt für diesen zumindest eine am Gestell angelenkte Schwinge die mit einer Koppel verbunden ist zu Einsatz, wobei am Gestellpunkt der Schwinge die entsprechende Einstellung der Eintauchtiefe vorgenommen werden kann.

Nachteilig erweist sich, daß bei der genannten Lösung, die auf zwischengeschaltete Getriebeglieder verzichtet, die Bewegungskurve die das Falzmesser innerhalb eines Falzzyklus durchläuft, und die durch Geschwindigkeitsverlauf und unteren sowie oberen Umkehrpunkt charakterisiert ist, fest vorgegeben ist. Unabhängig vom zu falzenden Material wird immer der gleiche Geschwindigkeitsverlauf realisiert. Das ist besonders bei der Fülle der möglichen Materialien und den wechselnden Maschinenleistungen nicht sinnvoll.

Die so vorgegebene Bewegungskurve stellt damit einen Kompromiß zwischen allen denkbaren Einsatzmöglichkeiten dar und ist für den Einzelfall nicht immer geeignet oder zumindest nicht optimal.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung eines Falzmesserantriebes zu schaffen, welche unter Verzicht auf zusätzliche Getriebeglieder einen dem zu bearbeitenden Material und den wechselnden Maschinenleistungen angepaßten, durch Geschwindigkeitsverlauf, unteren sowie oberen Umkehrpunkt charakterisierten Bewegungsablauf des Falzmessers verwirklicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens ein Linearmotor zum Antrieb des Falzmessers verwendet wird, dem eine Steuer- und Regeleinrichtung sowie zusätzliche Sensoren vorgeschaltet sind. Die Sensoren erfassen die zur Bestimmung des für den Einzelfall optimalen Falzmessergeschindigkeitsverlaufs notwendigen Meßgrößen. So ist ein Sensor zur Erfassung der Bogendicke vorgesehen. Als Meßprinzip für diesen Sensor erwiesen sich in Anbetracht der Schwingungs- und Bewegungsproblematik die Messung auf Ultraschallbasis sowie die kapazitive Messung als geeignet. Des weiteren ist ein Sensor zur Erfassung der Biegesteifigkeit des Falzbogens vorgesehen. Der Wert für die Biegesteifigkeit kann auf bekanntem Weg ermittelt werden, indem man die Auslenkung eines mit definierter, wegproportionaler Kraft beaufschlagten Schiebers mißt, der sich gegen den Widerstand des Bogens unter elastischer Verformung desselben bewegt. Eine andere Möglichkeit besteht in der Bestimmung von die Leistungsaufnahme des Linearmotors charakterisierenden elektrischen Größen im Stromkreis des Linearmotors, was einen Rückschluß auf die Biegesteifigkeit des Falzbogens zuläßt. Ein weiterer Sensor dient der Erfassung der Bogenkante. Die Bogenkante wird in bekannter Weise erfaßt, um bogengesteuert den Bewegungszyklus des Falzmessers zum richtigen Zeitpunkt einzuleiten. Wesentlich ist auch die Bestimmung der aktuellen Position des Falzmessers. Dazu ist ein separater Sensor angeordnet. Vorteilhafter Weise sollte aber die Positionssensorik im Linearmotor integriert sein. Weiterhin ist noch ein Sensor für die Bestimmung der Arbeitgeschwindigkeit der Maschine vorgesehen. Ein solcher kann in der Nähe der Falzwalzen angebracht werden, wo er in bekannter Wiese einen der Umfangsgeschwindigkeit proportionalen Spannungswert ermittelt. Ein anderer geeigneter Ort für das Anbringen eines Geschwindigkeitssensors ist ober- oder unterhalb des Förderbandes. Im allgemeinen kann auf in der Maschine schon vorhandene, ein maschinengeschwindigkeitsproportionales Signal liefernde, Sensoren zurückgegriffen werden. Jeder einzelne Sensor ist mit dem nachgeschalteten Steuerteil verbunden. Das Steuerteil kann als speicherprogammierbare Steuerung ausgebildet sein, das eine Anzahl von Steuerkurven für die möglichen Anwendungsfälle gespeichert hat. Aus dem sensorisch ermittelten Meßwert für die Bogendicke wird zuerst der zu realisierende Falzmesserhub errechnet und durch Festlegung eines Wertes für den unteren Umkehrpunkt bestimmt. Der die Biegesteifigkeit repräsentierende Meßwert ist das Kriterium, nach dem aus der vorgegebenen Menge von vorprogrammierten Steuerkurven durch Zuordnung die jeweils optimale ausgewählt wird. Analog dazu kann das Steuerteil auch als Recheneinheit ausgebildet sein, die aus den erfaßten Meßwerten eine Bewegungskurve errechnet. Für besonders hohe qualitative Anforderungen kann der Bogendickemeßwert zusätzlich neben dem Biegesteifigkeitsmeßwert für die Auswahl der geeignetsten Steuerkurve verwendet werden. Die Geschwindigkeits/Ortskurve ist so zu bestimmen, daß das Falzmesser insbesondere beim Aufsetzen auf besonders dünnen Materialien eine möglichst geringe Geschwindigkeit, die sich gleichmäßig erhöht und in dem Moment in dem der Falzbogen von den Falzwalzen übernommen wird, ihr Maximum erreicht. Dieses Maximum hat das Kriterium zu erfüllen, daß die Geschwindigkeit des Falzbogens größer oder gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Falzwalzen ist, die am entsprechenden Sensor erfaßt wurde. Bei dickeren Materialien, die dem Falzmesser mehr Widerstand entgegensetzen, wird eine Geschwindigkeits/Ortskurve ausgewählt, bzw. berechnet, bei der das Falzmesser bereits mit höherer Geschwindigkeit auf den Falzbogen aufsetzt und anschließend bis zum Maximalwert der Geschwindigkeit beschleunigt wird. In allen Fällen soll das von der Maschinengeschwindigkeit abhängige Zeitintervall zwischen zwei nacheinander ankommenden Falzbogen für den Falzvorgang ausgenutzt werden. Steht bei geringen Maschinengeschwindigkeiten mehr Zeit zur Verfügung, kann abhängig von der Maschinengeschwindigkeit auch die Falzmesserbewegung verändert werden, um die Materialbeanspruchung zu minimieren. So ist ein Sensor zu Erfassung der Maschinengeschwindigkeit in der Nähe der Falzwalzen oder des Transportbandes angeordnet. Der ermittelte Wert wird an das Steuerteil weitergeleitet und verarbeitet und hat somit Einfluß auf die Steuerkurve.

Für den Fall, daß der Antrieb des Falzmessers mit zwei Linearmotoren realisiert wird, ergibt sich eine zusätzliche Möglichkeit, die Falzgenauigkeit zu verbessern und manuelle Einstellungen zu erübrigen. Üblicherweise werden vom Maschinenbediener erkannte systematische Winkelfalzabweichungen durch gezielte Schrägstellung des Falzmessers abgestellt. Im Gegensatz zu den entsprechenden mechanischen Lösungen die eine solche Einstellmöglichkeit realisieren sollen, kann bei der vorgeschlagenen Erfindung diese Aufgabe von der Steuer- und Regeleinrichtung übernommen werden. Sie verwirklicht die Schrägstellung des Falzmessers, indem sie beide Linearmotoren, die an den gegenüberliegenden Enden des Falzmessers an dieses angelenkt sind, zeitversetzt ansteuert. Als vorteilhaft erweist sich in diesem Zusammenhang die Anordnung eines zusätzlichen Sensors, der einen die Abweichung des Falzes vom rechten Winkel zur Längsachse repräsentierenden Meßwert liefert. Dieser Meßwert wird im Steuerteil ausgewertet und zur sofortigen Optimierung der Steuerkurve verwendet. Eine manuelle Einstellmöglichkeit kann entfallen.

Damit besteht die Möglichkeit, eine optimale an das Falzmaterial angepaßte Bewegung des Falzmessers zu gewährleisten. Das Material kann bei verbesserter Falzqualität besonders schonend gefalzt werden und eine manuelle Voreinstellung der am Falzwerk, die auch von Erfahrungswerten abhängig ist, entfällt weitgehend. Im Fall der Ausführung mit einer speicherprogammierbaren Steuerung finden die vorhandenen Erfahrungswerte Eingang bei der falzauftragsabhängigen Festlegung vorprogrammierter Steuerkurven und der Zuordnungsvorschrift und bei einer Ausführung bei der die Steuerkurve berechnet wird, in die Berechnungsvorschrift.

Das nachstehende Ausführungsbeispiel soll anhand einer zweckmäßigen Ausführungsform die Erfindung weiter erläutern. Die einzige, in der Zeichnung dargestellte Figur zeigt den schematischen Aufbau eines Messerfalzwerks.

Das Falzwalzenpaar 3 befindet sich unterhalb des Zuführtisches 2. Auf dem Zuführtisch 2 wird der Falzbogen 4 zugeführt. Dabei erfaßt der oberhalb des Falzbogenweges angeordnete auf Ultraschallbasis arbeitende Sensor 9 die Bogendicke durch Erzeugung eines entsprechenden Spannungswertes, der eine bestimmte Bogendicke repräsentiert. Während der Falzbogen 4 weiter über den Zuführtisch 2 transportiert wird, erreicht seine Vorderkante den Sensor 8 zur Kantenerfassung. Dieser besteht aus einer Lichtschranke und liefert, in dem Moment, in dem die Vorderkante des Falzbogens 4 den Sensor 8 passiert ein Signal, welches gemeinsam mit dem am Sensor 9 ermittelten Wert der Steuerbaugruppe 10 zugeführt wird. Die Steuerbaugrnppe 10 ist als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet. Sie ermittelt aus dem Wert für die Bogendicke einen Wert für den unteren Umkehrpunkt der Falzmesserbewegung und löst, wenn sie das Signal des Sensors 8 zur Kantenerfassung registriert, je einen Falzzyklus aus. Dieser wird nach einer Standard Geschwindigkeits/Ortskurve geregelt. Als Folge des mechanischen Widerstandes, den der Falzbogen 4 der Abwärtsbewegung des am Läufer 5 eines Linearmotors befestigten und aus Kunststoff gefertigten Falzmessers 1 entgegensetzt, läßt sich im Stromkreis des Linearmotors eine veränderte Leistungsaufnahme registrieren. Die Leistungsaufnahme wird anschließend integriert für eine Reihe von Falzzyklen ermittelt und ins Verhältnis zur Anzahl der Falzzyklen je Zeiteinheit gesetzt. Der so bestimmte Wert repräsentiert die Biegesteifigkeit der Falzbögen 4. Er wird von der Steuerbaugruppe 10 mit einem gespeicherten Referenzwert verglichen. Die Steuerbaugruppe wählt nach dem Ergebnis des Vergleichs mit dem Referenzwert nach abgespeicherten Zuordnungsvorschriften aus den abgespeicherten Geschwindigkeits/Ortskurven jeweils eine bestimmte aus. Im weiteren Verlauf wird die Messerbewegung entsprechend der so ausgewählten Steuerkurve geregelt. Das Falzmessers selber wird bei seiner Bewegung von der Führung des Stators 6 des Linearmotors der an einer Traverse 7 befestigt ist geführt.

In der Zeichnung nicht dargestellt ist ferner eine Einrichtung zum Schutz des Linearmotors vor Verschmutzung und zur gleichzeitigen Kühlung vorgesehen, die aus einer über dem Linearmotor angeordnetem Lüfter besteht und einen Luftstrom erzeugt, der Schmutzpartikel insbesondere von der Läuferoberfläche entfernt. Zur Unterstützung dieser Führung kann insbesondere für den Einsatz des Falzwerks zum Falzen dickerer Falzbogen 4 ein Magnetlager in der Form angeordnet werden, daß es das Falzmesser 1 im Moment des Einschlags und während des Falzvorgangs führt. Dazu werden bei dem Einsatz von Kunststoff als Falzmesserwerkstoff noch dünne Metallfahnen auf der Falzmesseroberfläche angebracht.

Bezugszeichenliste

1

Falzmesser

2

Zuführtisch

3

Falzwalzen

4

Falzbogen

5

Läufer des Linearmotors

6

Stator des Linearmotors

7

Traverse

8

Sensor zur Kantenerfassung

9

Sensor zur Bogendickenerfassung

10

Steuerbaugruppe

Claims

1. Einrichtung zur Steuerung und Regelung eines Falzmesserantriebes, insbesondere für den linearmotorischen Antrieb des Messers in Messerfalzwerken von Kombifalzmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Linearmotor (5, 6) eine die Position des Falzmessers (1), die Biegesteifigkeit des zu falzenden Produktes (4) und die Maschinengeschwindigkeit erfassende und zur Steuerung des Bewegungsablaufes des Falzmessers (1) dienende Steuer- und Regeleinrichtung zugeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbaugruppe (10) im Linearmotor (6) integriert ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbaugruppe (10) als programmierbare Baugruppe ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung eine die Falzwalzenumfangsgeschwindigkeit erfassende Meßeinrichtung aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung eine die Förderbandgeschwindigkeit erfassende Meßeinrichtung aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung eine zur Dickenmessung dienende Ultraschall-Meßeinrichtung aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Falzmesser (1) aus einem kunststoffartigen Werkstoff besteht.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Falzmesser (1) aus einem leichtmetallischem Werkstoff besteht.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebsstromkreis des Linearmotors (6) eine zur mittelbaren Erfassung der Biegesteifigkeit des ersten oder des jeweils vorhergehenden zu falzenden Produktes (4) dienende Strommeßeinrichtung angeordnet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur mittelbaren Erfassung der Biegesteifigkeit mindestens des ersten oder des jeweils vorhergehenden zu falzenden Produktes (4) dienende induktive Bewegungserfassungseinrichtung dem Falzmesser (1) zugeordnet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Falzmesser (1) in einem Magnetlager geführt wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetlager im Linearmotor (6) integriert ist.