DE3613968A1 - Vorrichtung zum erzeugen einer einstellbaren kraft an druckmaschinen - Google Patents

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.