DE3613968A1 - Vorrichtung zum erzeugen einer einstellbaren kraft an druckmaschinen - Google Patents
Vorrichtung zum erzeugen einer einstellbaren kraft an druckmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer
einstellbaren Kraft an Druckmaschinen.
An Druckmaschinen werden in vielen Fällen Kräfte benötigt,
die unabhängig von variablen bzw. unbekannten Größen kon
stant gehalten werden sollen. Als Beispiele dafür sind
Vorrichtungen zum Anstellen und Andrücken von Walzen gegen
einander zu nennen, bei denen die auf die Walzen wirkende
Kraft von der augenblicklichen Lage der Walzen unabhängig
sein soll. Auch bei Bogentransport- oder Bogenführungsein
richtungen werden Kräfte benötigt, die weitestmöglich kon
stant sein sollen. Darüber hinaus sollen bei Bogenführungs
einrichtungen zum Beispiel die Kräfte in Abhängigkeit von
der Bogendicke, der Anzahl der übereinanderliegenden Bogen
(Schuppenanleger) sowie der Beschaffenheit der Bogenoberflä
che geeignet gewählt werden können.
Einstellbare Kräfte an Druckmaschinen werden in unterschied
licher Weise erzeugt. So kann die Kraft durch eine Feder
erzeugt werden. Die Federkraft ist proportional zum Federweg
und daher bei einer Bewegung des der Kraft ausgesetzten
Teils nicht konstant. Außerdem stellt die Feder einen Ener
giespeicher dar, und daher besteht die Neigung zu Resonanz
schwingungen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die
Kraft durch die Gewichtskraft eines Körpers zu erzeugen.
Dabei steigt mit der erzeugten Kraft auch die Massenträgheit
an, und die Kraft ist schwierig zu ändern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei der die
Kraft leicht einstellbar ist, wobei die Möglichkeit besteht,
die obengenannten Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
ein Krafterzeugungselement vorgesehen ist, das derart ausge
bildet ist, daß die von ihm erzeugte Kraft durch eine Steu
ereinrichtung beeinflußbar ist, wobei die erzeugte Kraft von
der Lage und der Bewegung des der Kraft ausgesetzten Teils
im wesentlichen unabhängig ist.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, daß durch die Steuerein
richtung die Kraft leicht verändert werden kann. Die erzeug
te Kraft ist von der Lage und Bewegung des der Kraft ausge
setzten Teils entweder im wesentlichen unabhängig, ohne daß
hierzu die Steuereinrichtung tätig werden muß, oder aber die
genannte Kraft wird dadurch im wesentlichen von den genann
ten Einflußgrößen unabhängig gehalten, daß die Lage des der
Kraft ausgesetzten Teils zur Steuerung des Krafterzeugungs
elements mit herangezogen wird.
Unter die Erfindung fallen auch Krafterzeugungselemente, die
mit einem Strömungsmittel arbeiten. So kann ein pneumati
sches Krafterzeugungselement vorgesehen sein. Zwar kann in
diesem Fall das Strömungsmittel, beispielsweise Preßluft,
dazu führen, daß das Krafterzeugungselement zu Schwingungen
neigt, weil das Strömungsmittel kompressibel ist. Diese
Tendenz zu Schwingungen kann jedoch durch eine Regelvorrich
tung, die den Druck des Strömungsmittels ausreichend rasch
regelt und die dabei vorteilhaft auch die jeweilige Stellung
des vom Strömungsmittel beaufschlagten Kolbens berücksich
tigt, klein gehalten werden.
Arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem flüssi
gen Strömungsmittel, so ist wegen der praktisch nicht vor
handenen Kompressibilität die Neigung zu Schwingungen ge
ring. Damit das Krafterzeugungselement jedoch Bewegungen des
von ihm beaufschlagten Maschinenelements rasch folgen kann,
ohne daß dabei die erzeugte Kraft sich merklich ändert, ist
eine rasch arbeitende Regelvorrichtung zum Konstanthalten
des Drucks des Strömungsmittels zweckmäßig.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist als Krafterzeu
gungselement ein Elektromotor vorgesehen, dessen relativ
zueinander bewegliche Teile (z.B. Stator und Rotor) bei
konstanten elektrischen Eingangsgrößen des Motors zumindest
innerhalb eines vorbestimmten Bewegungsbereichs der genann
ten Teile einer konstanten durch den Motor erzeugten Kraft
bzw. einem konstanten, durch den Motor erzeugten Drehmoment
unterworfen sind.
Wenn es sich bei dem Krafterzeugungselement um einen an sich
für einen ständig rotierenden Antrieb geeigneten Motor
handelt, so rotiert der Motor bei seiner Benutzung als
Krafterzeugungsglied im allgemeinen nicht ständig, sondern
wird von dem Teil, auf das er die zu erzeugende Kraft aus
übt, zum Stillstand abgebremst. Es läßt sich ohne Schwierig
keiten ein Motor finden oder im Bedarfsfall konstruieren,
der innerhalb des im jeweiligen Anwendungsfall möglichen
Bewegungsspielraums eine hinreichend konstante Kraft bei
konstant gehaltenen elektrischen Eingangsgrößen erzeugt.
Wenn ein herkömmlicher Elektromotor verwendet werden kann,
so liegt der Vorteil in der großen Einfachheit der Vorrich
tung. Weiter ist von Vorteil, daß die vom Motor erzeugte
Kraft bzw. das vom Motor erzeugte Drehmoment zumindest
innerhalb eines bestimmten Bewegungsbereichs von der gegen
seitigen Lage der relativ zueinander beweglichen Teile des
Motors unabhängig ist. Schließlich liegt ein Vorteil darin,
daß die erzeugte Kraft auf elektrischem Wege, insbesondere
durch den Motorstrom, insbesondere Ankerstrom, eingestellt
und konstant gehalten werden kann. Die Einstellung und
Regelung des Motorstroms ist mit bekannten einfachen Mitteln
preisgünstig, schnell und genau zu realisieren.
Da der zur Krafterzeugung verwendete Motor trotz der Zufüh
rung von Ankerstrom stillsteht, muß der Motor geeignet
dimensioniert und/oder fremdgekühlt werden, um Beschädigun
gen durch Überhitzung zu vermeiden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Krafterzeu
gungselement ein Drehmotor. Diese Ausführungsform läßt sich
in besonders einfacher Weise verwirklichen, und hier wird in
zahlreichen Anwendungsfällen ein handelsüblicher Elektromo
tor zur Erzeugung der Kraft oder des Moments verwendbar
sein, insbesondere ein Gleichstrom-Nebenschlußmotor oder ein
sich elektrisch ähnlich verhaltender Motor.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der mögliche
Drehwinkel des Motors (ähnlich wie bei einem Drehspul-
Zeigerinstrument) auf einen Winkel von weniger als 360°
beschränkt. Diese Ausführungsform kann im Einzelfall zweck
mäßig sein und weist den Vorteil auf, daß sie, obwohl als
Gleichstrommotor ausgebildet, nicht in jedem Falle Schleif
ringe benötigt. Bei Drehspul-Zeigerinstrumenten herrscht ein
gleichförmiges Magnetfeld nur innerhalb eines Drehbereichs
von beispielsweise 90° oder 120° der Drehspule. Im Gegensatz
zu Drehspulinstrumenten ist bei dieser Ausführungsform der
Erfindung eine Rückstellfeder nicht unbedingt vorgesehen.
Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform wie auch bei
anderen Ausführungsformen der Erfindung kann dann, wenn im
Einzelfall die zu erzeugende Kraft den Wert Null haben soll
oder das Maschinenelement, auf das die Kraft ausgeübt wird,
sogar von seiner Unterlage abgehoben werden soll, dies z.B.
dadurch erreicht werden, daß man die Richtung des Anker
stroms umkehrt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist an der Welle des
Motors ein Arm mit einem Ende befestigt, dessen anderes Ende
an dem durch die Kraft zu belastenden Maschinenteil anliegt.
Hier kann durch geeignete Wahl der Länge des Arms und des
Winkels, den die Längsrichtung des Arms relativ zu der
Richtung der zu erzeugenden Kraft einschließt, die Kraft von
Lageänderungen des zu belastenden Maschinenteils weitgehend
unabhängig gemacht werden.
Der Motor kann, wie bereits erwähnt, vorzugsweise ein
Gleichstrommotor sein.
Dabei kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine
Regelvorrichtung zum Konstanthalten des Ankerstroms des
Motors auf einem einstellbaren Wert vorgesehen sein. Hier
durch wird eine besonders genaue Einhaltung einer konstanten
Kraft gewährleistet.
Es ist auch möglich, wie bei einer Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen, den Motor als Linearmotor auszubilden.
Hierbei kann der Motor insbesondere als Mehrphasenmotor,
insbesondere Drehstrommotor, ausgebildet sein. Es sind auch
alle anderen Motorarten (z.B. hydraulisch, pneumatisch) im
Prinzip anwendbar.
Bisher wurde davon gesprochen, daß die von der Vorrichtung
erzeugte Kraft vom Weg des von der Kraft beaufschlagten
Teils unabhängig sein soll. Es besteht jedoch auch die
Möglichkeit, wie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
vorgesehen ist, eine Steuereinrichtung vorzusehen, durch die
die Kraft bzw. das Moment des Motors in Abhängigkeit vom Weg
des von der Kraft bzw. vom Moment beaufschlagten Teils in
vorgegebener Weise verändert wird. Dies ermöglicht es insbe
sondere, einen beliebig vorgebbaren Verlauf der Kraft bzw.
des Moments in Abhängigkeit vom Weg zu verwirklichen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentli
che Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzel
nen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in
beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfin
dung verwirklicht sein. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
zur Erzeugung einer Kraft, die innerhalb einer
Druckmaschine auf eine Andruckrolle wirkt,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung.
In Fig. 1 trägt ein Arm 2 an seinem einen Ende eine Andruck
rolle 4, und das andere Ende des Arms 2 ist an der Welle 6
eines als Gleichstrom-Nebenschlußmotor ausgebildeten Motors
8 befestigt. Die Längsrichtung des Arms 2 weicht von der
Horizontalebene um einen kleinen Winkel β ab. Zwischen der
Andruckrolle 4 und einer ebenen Unterlage 10 ist ein von der
Andruckrolle 4 anzupressender Gegenstand, im Beispiel ein
nur teilweise dargestellter und in der Dicke stark übrtrie
ben gezeichneter Bogen 12 aus Papier angeordnet. Einer
Erregerwicklung des Motors 8 wird über elektrische Leitun
gen 14 der Erregerstrom von einer Erregungseinheit 16 zuge
führt, die einen konstanten Strom liefert. Eine Steuerein
richtung 20 liefert über Leitungen 22 den Ankerstrom für den
Motor 8. Es kann auch ein Motor verwendet werden, dessen
Feld durch einen Permanentmagnet erzeugt wird. Auch andere
Motoren sind möglich.
Die Stromrichtung ist so gewählt, daß das vom Motor 8 auf
den Arm 2 ausgeübte Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn wirkt.
Eine Drehbewegung wird dadurch verhindert, daß die Andruck
rolle 4 sich über den Bogen 12 an der Unterlage 10 abstützt.
Dabei übt die Andruckrolle 4 die Kraft F auf den Bogen 12
aus. Die Kraft F berechnet sich unter Vernachlässigung des
Gewichts der Andruckrolle 4 und des Arms 2 zu
F=M/(1 cos β ), wobei M das Drehmoment des Motors 8 ist
und l die Länge des Arms 2 ist. Sofern bei Änderungen der
Dicke des Bogens 12 sich der Wert cos β ausreichend wenig
ändert, ist die Kraft F von der Lage der Andruckrolle 4
ausreichend unabhängig. Hierbei wird vorausgesetzt, daß bei
allen in Frage kommenden Stellungen des Arms 2 der Motor 8
bei konstant gehaltenen elektrischen Eingangsgrößen das
gleiche Drehmoment erzeugt.
Wenn die Änderung der Drehstellung des Arms 2 so groß wird,
daß die Änderung des Werts cos β nicht vernachlässigbar ist,
besteht die Möglichkeit, die Drehstellung des Arms 2 durch
einen geeigneten Geber zu erfassen, beispielsweise durch ein
Potentiometer, und in Abhängigkeit von der Drehstellung des
Arms 2 den Ankerstrom so zu steuern, daß die Kraft F unab
hängig von der jeweiligen Stellung des Arms 2 hinreichend
genau den gewünschten Wert hat. Dabei kann die Anordnung so
getroffen sein, daß auch der in Abhängigkeit von der jewei
ligen Stellung des Arms unterschiedliche Einfluß des Ge
wichts des Arms 2 auf die Kraft F mit berücksichtigt wird.
Wenn die Anordnung so gewählt werden kann, daß der Arm 2
waagrecht verläuft und die Schwenkbewegungen des Arms 2
vernachlässigbar sind, so hat cos β den Wert 1, und eine
Steuerung des Ankerstroms ist nicht erforderlich.
In der in Fig. 2 gezeigten Steuereinrichtung 20 kann der
Sollwert des Ankerstroms des Motors 8 und dadurch das Dreh
moment entweder durch einen Rechner 41 oder durch einen
manuell einstellbaren Sollwertgeber 42 vorgegeben werden.
Die Ausgänge der beiden soeben genannten Geräte sind mit den
Eingängen eines Umschalters 44 verbunden, durch den wahlwei
se eines der genannten Geräte ausgewählt werden kann.
Vom Umschalter 44 gelangt das von einer der Vorrichtungen 41
oder 42 gelieferte, als Gleichspannungssignal vorliegende
Signal zu dem zweipoligen Sollwert-Eingang eines Stromregel
kreises 47, dessen Ausgang den Ankerstrom für den Motor 8
liefert. Ein vom Ankerstrom durchflossener Widerstand 48
liefert eine dem Ankerstrom proportionale Spannung, die dem
ebenfalls zweipolig ausgebildeten Istwert-Eingang des Strom
regelkreises 47 zugeführt wird. Der Stromregelkreis 47
regelt den Ankerstrom so, daß sich die Differenz Null zwi
schen seinen beiden Eingangsspannungen ergibt.
Mit dem Rechner 41 können Sensoren 50, 51 verbunden sein,
wobei der Rechner 41 von dem Ausgangssignal der Sensoren
abhängige Sollwerte für den Ankerstrom erzeugt, vorzugsweise
aus einer in einem Speicher enthaltenen Tabelle für den
Ankerstrom in Abhängigkeit von dem jeweiligen Sensorsignal
erzeugt. Einer der Sensoren kann das oben erwähnte Potentio
meter sein, das die jeweilige Schwenkstellung des Arms 2
ermittelt.
Wenn der Rechner 41 in Abhängigkeit von den von den Senso
ren 50 und 51 gelieferten Signale unterschiedliche Ausgangs
signale ausgeben soll, um zu veranlassen, daß ein von den
genannten Signalen abhängiger Ankerstrom erzeugt wird, so
können die Ausgangssignale des Rechners in Abhängigkeit von
Tabellen, die in einem Speicher des Rechners enthalten sind,
gebildet werden. Dies ermöglicht es, mit einfachen Mitteln
und schnell beliebige Kurvenverläufe der Abhängigkeit des
Ankerstroms von den genannten Signalen in den Speicher
einzuspeichern. Statt dessen wäre es auch möglich, derartige
Kurvenverläufe durch ein unter Verwendung von Dioden aufge
bautes Netzwerk zu erzeugen, das in Abhängigkeit von einem
ihm zugeführten analogen Eingangssignal ein analoges Aus
gangssignal ohne Mitwirkung einer steuerbaren Rechenvorrich
tung liefert. Bei einem derartigen Diodennetzwerk wie auch
bei einer Bildung des genannten Kurvenverlaufs mittels eines
Rechners wird sich bei genauer Betrachtung dieser Kurvenver
lauf häufig als eine Aneinanderfügung von einzelnen geraden
oder nahezu geraden Kurvenstücken erweisen.
Wenn der Ankerstrom in Abhängigkeit von der Dicke des unter
der Andruckwalze 4 durchlaufenden Bogens verändert wird, was
oben als Möglichkeit beschrieben wurde, so kann es im Ein
zelfall erwünscht sein, den Ankerstrom dann nicht zu verän
dern, wenn nur kurzzeitige Dickenschwankungen vorliegen, wie
sie sich beispielsweise aufgrund der Rauhigkeit des Papiers
ergeben können. In einem derartigen Fall ist es lediglich
erforderlich, die Regelzeitkonstante der Steuervorrich
tung 20 so zu bemessen, daß bei derartig kurzzeitigen
Dickenschwankungen des Papiers ein Regelung noch nicht
einsetzt und daher die Steuervorrichtung 20 den Ankerstrom
konstant hält.
Gerade in denjenigen Fällen, bei denen z.B. die Dicken
schwankungen in Bruchteilen von Millisekunden auftreten und
wegen der von Null verschiedenen Zeitkonstante der Regelung
die Steuervorrichtung auf diese kurzzeitigen Dickenschwan
kungen nicht reagieren kann, ist es von Vorteil, daß die
Kraft konstant bleibt. Dadurch werden Schwingungen weitge
hend vermieden.
Häufig wird eine Vorrichtung zum Erzeugen einer einstell
baren Kraft nicht alle in Fig. 2 des Ausführungsbeispiels
enthaltenen Komponenten aufweisen. So wird häufig der Schal
ter 44 nicht vorhanden sein und die Vorrichtung entweder den
Sollwertgeber 42 oder stattdessen den Rechner 41 mit einem
Sensor oder zwei Sensoren 50, 51 enthalten.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 ändert sich bei konstant
gehaltenem Ankerstrom des Motors 8 die Kraft F merklich,
wenn der Winkel β von 0° stark abweicht, was einer starken
Höhenbewegung der Andruckrolle 4 entspricht. Sofern trotz
einer derartigen starken Höhenbewegung der Andruckrolle 4
die Kraft F bei konstant gehaltenem Motorstrom konstant
bleiben soll, kann dies bei einem anderen Ausführungsbei
spiel der Erfindung dadurch bewirkt werden, daß die Andruck
rolle 4 an einer linear verschiebbaren geraden Zahnstange
gelagert ist, in deren Zähne ein Zahnrad eingreift, das mit
der Welle des Motors 8 direkt oder z.B. über zwischenge
schaltete Zahnräder gekoppelt ist. Es kann dabei zweckmäßig
sein, die Verschieberichtung der genannten Zahnstange lot
recht verlaufen zu lassen. Es kann genügen, daß die Zahn
stange auf die Andrückrolle drückt.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde als Krafter
zeugungselement ein Elektromotor vorgesehen. Die beschriebe
nen Prinzipien, insbesondere auch was die Steuervorrichtung
betrifft, können jedoch ohne weiteres auch bei einem hydrau
lischen oder pneumatischen Motor (sowohl einem rotorierenden
Motor als auch einem Linearmotor) angewendet werden, wobei
die Steuervorrichtung vom Fachmann ohne Schwierigkeiten
entsprechend modifiziert werden kann.
Claims (13)
1. Vorrichtung zum Erzeugen einer einstellbaren Kraft an
Druckmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kraft
erzeugungselement vorgesehen ist, das derart ausgebil
det ist, daß die von ihm erzeugte Kraft durch eine
Steuereinrichtung beeinflußbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein mit einem Strömungsmittel arbeitendes Krafter
zeugungselement vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein pneumatisches Krafterzeugungslement vorgesehen
ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein hydraulisches Krafterzeugungselement vorgese
hen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Krafterzeugungselement ein Elektromotor
vorgesehen ist, dessen relativ zueinander bewegliche
Teile (z.B. Stator, Rotor) bei konstanten elektrischen
Eingangsgrößen des Motors (8) zumindest innerhalb
eines vorbestimmten Bewegungsbereichs der genannten
Teile einer konstanten, durch den Motor erzeugten
Kraft bzw. einem konstanten, durch den Motor erzeugten
Drehmoment unterworfen sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Krafterzeugungselement
ein Drehmotor ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der mögliche Drehwinkel des Motors auf
einen Winkel von weniger als 360° beschränkt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß an der Welle (6) des Motors (8) ein Arm
(2) mit einem Ende befestigt ist, dessen anderes Ende
an dem durch die konstante Kraft zu belastenden Ma
schinenteil anliegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß mit der Welle des Motors ein Zahnrad
gekoppelt ist, das in die Verzahnung einer linear
verschiebbar gelagerten, geraden Zahnstange eingreift,
die mit dem durch die konstante Kraft zu belastenden
Maschinenteil in Antriebsverbindung ist, insbesondere
an dem genannten Maschinenteil anliegt oder dieses
lagert.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Motor (8) ein Gleichstrommotor
ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Regelvorrichtung (20) zum Konstanthalten des
Ankerstroms des Motors auf einem einstellbaren Wert
vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelvorrichtung (20)
vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, daß sie
die Kraft bzw. das Moment des Krafterzeugungselementes
in Abhängigkeit von einem ihr zugeführten Signal gemäß
einem vorgegebenen Kurvenverlauf ändert.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Krafterzeugungselement ein
Linearmotor ist.
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