DE4210988A1 - Einrichtung zum Regeln der mechanischen Leistung eines Mehrmotorenantriebs für eine Druckmaschine - Google Patents
Einrichtung zum Regeln der mechanischen Leistung eines Mehrmotorenantriebs für eine DruckmaschineInfo
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Description
Die Erfindung ist bei Druckmaschinen und bei der
Druckmaschine vor- bzw. nachgeordneten Maschinen oder
Einrichtungen anwendbar, deren Leistungsfluß über ein
Zahnrädergetriebe realisiert ist, wobei die
Leistungseinspeisung an mehreren Stellen von Elektromotoren
in das Zahnrädergetriebe erfolgt.
Zum Antrieb einer Druckmaschine ist es bekannt, mehrere
Motoren zu verwenden, die an verschiedenen Stellen im
geschlossenen Zahnräderzug die mechanische Leistung für die
Druckwerke einspeisen. Dabei kommen sowohl
Strömungsmittelmotoren als auch Elektromotoren zum Einsatz.
Zur Gewährleistung einer hohen Druckqualität müssen Maßnahmen
getroffen werden, die eine ständige in einer Richtung
liegende Zahnflankenanlage im Zahnrädergetriebe bewirken,
weil eine Zahnflankenumkehr oder ein Abheben der Zahnflanken
zu unkontrollierbaren Verspannungen der als elastisch
anzusehenden Zahnräder führt und sich in Form von Dublier-
oder Registerfehlern im Druckbild niederschlagen. Deshalb
sind verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden, welche die
Leistung in die Druckwerke so einspeisen, daß der
Leistungsfluß von Druckwerk zu Druckwerk stets in einer
Richtung erfolgt.
In der Offenlegungsschrift DE 36 38 441 A1 ist ein
hydraulisches Antriebssystem für Druckmaschinen beschrieben,
bei dem die Drehmomente der Hydraulikmotoren auf den
Leistungsbedarf der einzelnen Druckwerke und auf einen
Überschußmomentenbedarf zur Zahnflankenanlage im Räderzug
eines Zahnrädergetriebes abgestimmt sind.
Nachteilig bei diesem Antriebssystem ist, daß ständig ein
Überschuß an Leistung in das Zahnrädergetriebe eingespeist
wird. Damit ist zwar die Zahnflankenanlage gesichert, aber
die Zahnräder werden unnötig stark verspannt, was zu einem
erhöhten Verschleiß im Zahnrädergetriebe führt.
Der in der Offenlegungsschrift DE-OS 22 35 765 offenbarte
Hauptantrieb für Druckmaschinen reduziert die unnötig starke
Verspannung der Zahnräder, indem zwischen den
Druckwerkmotoren eine differenzierte Momentenabstufung
vorgenommen wird. Dazu werden Hydromotoren von einer
gemeinsamen Steuereinheit angesteuert und allen oder einigen
Hydromotoren im Zahnräderzug der Druckmaschine zu- oder
abnehmend differenzierende Druckdifferenzventile oder
Strombegrenzungsventile zugeordnet. Die Hydromotoren speisen
ihre Leistung mit einem festen Verhältnis zueinander in die
Druckmaschine ein, so daß durch die dadurch erreichte
differenzierte Momentenabstufung stets eine sichere
Zahnflankenanlage gewährleistet ist. Bei diesem Antrieb ist
es von Nachteil, daß das Verhältnis der abgegebenen
Leistungen der Hydromotoren durch die gewollte
Momentenabstufung konstant ist, d. h. es erfolgt keine
Änderung in der Leistungsabgabe, wenn sich die
Leistungsaufnahme der Druckwerke stark ändert. Auch bei
diesem Antrieb treten im Zahnräderzug Verspannungen in einer
großen Schwankungsbreite auf.
Die gleichen Nachteile weist die in der Patentschrift
DD 1 05 767 beschriebene Schaltungsanordnung zur
momentabstimmenden Einstellung von Mehrfachantrieben an
Druckmaschinen mit mehreren Aggregaten auf. Für die
momentabstimmende Einstellung der Antriebe ist jedes Aggregat
der Druckmaschine mit einem Gleichstrom-Nebenschlußmotor
gekoppelt, dessen Ankerwiderstände entsprechend dem
gewünschten Momentenverhältnis eingestellt werden.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, bei einem
Mehrmotorenantrieb für eine Druckmaschine zur zeitsynchronen
Momenteneinspeisung von Elektromotoren in die Druckmaschine
jeden Motor über einen steuerbaren Stromrichter zu speisen.
Die Stromeinspeisung erfolgt so, daß über die einzelnen
Einspeisungsstellen verschieden große Momente in den
Zahnräderzug der Druckmaschine eingegeben werden, so daß eine
konstante Zahnflankenanlage gewährleistet ist. Die
Zündimpulse für die Stromrichter, werden von einer
Steuereinrichtung erzeugt, der die Signale eines
Drehzahlreglers zugeführt werden. Die Leistungseinspeisung
erfolgt demnach in Abhängigkeit von der erreichten Drehzahl
der Maschine, wobei die Motoren über die Zündimpulse
zeitgleich in einem bestimmten Leistungsverhältnis
angesteuert werden. Durch die zeitsynchrone Momenteinspeisung
werden die von den Antriebskräften bedingten Verspannungen im
Zahnräderzug verringert, aber auch bei diesem
Mehrmotorenantrieb werden zur Speisung der Motoren nicht die
sich ständig ändernden Lastverhältnisse in den Druckwerken
berücksichtigt, welche beispielsweise vom Druckbild und vom
Bedruckstoff abhängen.
Bei einem Antrieb für eine
Mehrfarben-Bogenrotationsdruckmaschine, wie er in der
Offenlegungsschrift DE 29 48 412 A1 beschrieben ist, sind
zwischen jeder Krafteingabestelle und dem Zahnräderzug
Schwingungsfilter angeordnet, wobei zur Vermeidung eines
Zahnflankenwechsels oder des Abhebens der Zahnräder
mechanische Synchronisationseinrichtungen, wie z. B.
Umlaufrädergetriebe vorgesehen sind, die einen
Leistungsüberschuß an einer Krafteingabestelle über den
Zahnräderzug auf die nachfolgenden Teilaggregate weitergeben.
Durch die Maßnahmen werden Spitzen in der
Leistungsübertragung und damit die Verformungen einzelner
Zahnräderpaare vermindert. Nachteilig hierbei ist, daß die
Synchronisationseinrichtungen und Schwingungsfilter material-
und kostenintensiv sind und zusätzlichen Bauraum benötigen,
und daß die Leistung an den Krafteingabestellen in einem
festen Verhältnis unabhängig vom tatsächlichen
Leistungsbedarf der einzelnen Teilaggregate eingespeist wird.
Gemäß der Patentschrift DD 1 12 389 wird der Antrieb einer
Druckmaschine, bei der die Druckwerke über einen
geschlossenen Räderzug miteinander verbunden sind, über n
Krafteingabestellen realisiert, denen n-1
Drehmomentenbegrenzer zugeordnet sind. Durch die
Drehmomentenbegrenzer wird eine derartige
Leistungsverzweigung in den Druckwerken erreicht, daß stets
eine Zahnflankenanlage im Räderzug in einer Richtung
vorliegt. Bei diesem Antrieb wird ein Teil der von den
Motoren erzeugten Leistung bei der Drehmomentenbegrenzung
verbraucht und steht nicht der Nutzung an den Druckwerken zur
Verfügung. Die Verspannung der Zahnräder wird begrenzt, weil
die eingespeiste Leistung durch die eingestellten Grenzwerte
für die Drehmomente über mehrere Einspeisestellen verzweigt
wird, so daß der Spitzenleistungsbedarf an einem Druckwerk
nicht nur über eine oder wenige Krafteingabestellen abgedeckt
wird.
Nachteilig hierbei ist, daß keine Regelung oder Steuerung der
Leistung an den einzelnen Krafteingabestellen in Abhängigkeit
von der Leistungsaufnahme der Druckwerke erfolgt.
Bei weiteren bekannten Lösungen sind bei einem
Mehrmotorenantrieb für Druckmaschinen und deren
5 Nebenaggregate je Druckwerk, bzw. je Teilaggregat, anstelle
eines Zahnrädergetriebes ein digital geregelter Elektromotor
vorgesehen, denen je ein Drehzahlgeber oder Winkelgeber
zugeordnet ist (GB 21 49 149 A; DE 37 29 911 A1;
DE 33 18 250 A1; DE-Z.: Der Elektroniker, Heft 4, 1983,
S. 46-48). Durch Auswertung der Drehzahl oder Winkelgeber
wird ein Regelsignal gebildet, was den Gleichlauf aller nicht
verkoppelten Elektromotoren gewährleisten soll. Durch die
Einsparung des Zahnrädergetriebes, braucht man die
Verspannung von Zahnrädern nur für ein einzelnes Teilaggregat
zu berücksichtigen. Der Leistungsfluß zwischen den
Teilaggregaten ist unterbrochen, so daß ein einzelner Motor
alle in einem Teilaggregat auftretenden Leistungen aufbringen
muß.
Nachteilig bei diesen Lösungen ist, daß der Gleichlauf aller
Teilaggregate ausschließlich über die Regelung der Drehzahl
der Einzelantriebe erfolgt. Die Teilaggregate einer
Druckmaschine bilden aber eine Regelstrecke, die aufgrund der
großen Trägheitsmomente und der vielen Störgrößen
regelungstechnisch ohne Zuhilfenahme eines Zahnrädergetriebes
zur Erreichung einer ausreichend guten Druckqualität nicht
oder nur mit Einschränkungen der Regelgeschwindigkeit zu
beherrschen ist.
Desweiteren sind eine Reihe von Einrichtungen zur
Drehmomentenmessung bekannt, die im Antriebsstrang zwischen
einem Motor und einem Getriebe angeordnet werden können
(DE 28 15 463 A1; DE 31 12 714 C1; FR 15 96 833;
GB 644 234). Bei diesen Einrichtungen wird der Torsionswinkel
einer Meßwelle ermittelt, indem der Differenzwinkel zwischen
zwei in einem Abstand auf der Welle sitzenden
Inkrementalgebern ausgewertet wird. Derartige Einrichtungen
können für Regelzwecke verwendet werden, indem beispielsweise
die Leistung, welche in ein Druckwerk von einem Motor
eingespeist wird, auf einen konstanten Wert, d. h. auf
konstantes Drehmoment geregelt wird.
Die Nachteile der Einspeisung konstanter Leistungsflüsse an
mehreren Stellen einer Druckmaschine wurden oben an anderer
Stelle schon beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Regeleinrichtung für die mechanische Leistung eines
Mehrmotorenantriebes einer Druckmaschine zu schaffen, die die
Elektromotoren so ansteuert, daß im wesentlichen eine
gleichmäßige Verspannung im Zahnräderzug des die
Druckmaschine antreibenden Zahnrädergetriebes gewährleistet
ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei
einem Mehrmotorenantrieb für eine Druckmaschine, jedem
leistungseinspeisenden Elektromotor ein inkrementaler
Drehgeber zugeordnet ist, der proportional zum Drehwinkel des
Motors pro Umdrehung eine definierte Anzahl von Impulsen
ausgibt. Die Ausgänge zweier im Leistungsfluß benachbarter
Drehgeber sind jeweils mit den Eingängen einer
Phasenmeßanordnung verbunden, deren Ausgänge mit einer
Regeleinrichtung verbunden sind. Die Regeleinrichtung besitzt
mehrere Stellausgänge zum Ansteuern von Stellgliedern für die
Leistung der einzelnen Elektromotoren.
Durch die Messungen der Phasenverschiebungen in den Signalen
der Drehgeber, welche als Regelgrößen verwendet werden,
werden die Verspannungen im Zahnräderzug des Antriebes der
Druckmaschine erfaßt, woraus auf die Leistungsflüsse
geschlossen werden kann. Die Regeleinrichtung wirkt auf die
Stellglieder für die Elektromotoren so, daß die elastischen
Verspannungen und damit die Leistungsflüsse konstant gehalten
werden, so daß die lastmomentabhängigen Druckfehler
verringert werden können.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels noch
näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Antriebssystem für eine Druckmaschine,
Fig. 2 die Signale benachbarter Drehgeber.
In Fig. 1 Ist eine Druckmaschine 1 dargestellt, deren
gesamter Antrieb vom Anleger 2 über acht Druckwerke 3 bis zum
Ausleger 4 über einen geschlossenen Zahnräderzug 5 erfolgt.
Die notwendige Leistung wird über Elektromotoren 6 an jeweils
der gleichen Stelle in die Druckwerke 3 eingespeist. Dazu
sind die Motorwellen 7 mit jeweils einem Druckwerk 3
gekoppelt. Jedem Elektromotor 6 ist ein inkrementaler
Drehgeber 8 zugeordnet, wobei die Ausgänge zweier
benachbarter Drehgeber 8 jeweils mit den Eingängen einer
Phasenmeßanordnung 9 verbunden sind. Die
Phasenmeßanordnungen 9 sind im Ausführungsbeispiel mit einer
Regeleinrichtung 10 baulich vereinigt. Die
Regeleinrichtung 10 beinhaltet auch Stellglieder 11 für die
Ansteuerung der Elektromotoren 6.
In Fig. 2 sind die Spannungszeitdiagramme zweier benachbarter
Drehgeber 8 dargestellt. Die Signale dieser beiden
gleichartig aufgebauten Drehgeber 8 haben eine zeitliche
Phasenverschiebung δτ, welche proportional der
Winkeldifferenz δϕ der zwei Drehgeber 8 ist.
Mit Hilfe dieser Einrichtung ist gewährleistet, daß sich
trotz über eine Umdrehung ändernder Lastenmomente die
Richtung des Leistungsflusses nicht ändert, so daß eine
ständige Zahnflankenanlage im Zahnrädergetriebe 5 gegeben
ist. Desweiteren bleiben die Verspannungen auch bei sich
verändernden Leistungsbedarf im wesentlichen konstant, so daß
keine schädlichen Auswirkungen auf das Druckbild entstehen.
Schnelle Änderungen der Verspannungen, die aus der
Phasenmessung erkannt werden und die z. B. durch Federkräfte
in der Maschine verursacht werden, können durch
Zwischenschaltung von Filtern herausgemittelt werden, da für
die Regelung der Leistung nur eine mittlere Verspannung
benötigt wird. Durch eine derartige Filterung, haben
mittelwertfreie Störungen, wie z. B. Drehgeberfehler oder
Rauschen keine Auswirkungen auf die Regelung. Die Lage eines
relativen Nullpunktes, die dem unverspannten Zustand
entspricht, kann durch Variation der Einspeiseverhältnisse
gefunden werden, die durch die überlagerte Regeleinrichtung
während eines Initialisierungslaufes vorgenommen werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Druckmaschine
2 Anleger
3 Druckwerk
4 Ausleger
5 Zahnräderzug
6 Elektromotoren
7 Motorenwellen
8 Drehgeber
9 Phasenmeßanordnung
10 Regeleinrichtung
11 Stellglieder
2 Anleger
3 Druckwerk
4 Ausleger
5 Zahnräderzug
6 Elektromotoren
7 Motorenwellen
8 Drehgeber
9 Phasenmeßanordnung
10 Regeleinrichtung
11 Stellglieder
Claims (1)
- Einrichtung zum Regeln der mechanischen Leistung eines Mehrmotorenantriebes für eine Druckmaschine, bei der die Teilaggregate der Druckmaschine über ein Zahnrädergetriebe miteinander gekoppelt sind, wobei mehrere Elektromotoren vorgesehen sind, die an verschiedenen Einspeisestellen des Zahnrädergetriebes angekoppelt sind, wobei das Zahnrädergetriebe aus einer Vielzahl dauernd im Eingriff stehender Zahnräder besteht, und wobei jedem Elektromotor ein inkrementaler Drehgeber zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Ausgänge benachbarter Drehgeber (8) jeweils mit den Eingängen einer Phasenmeßanordnung (9) verbunden sind,
- - daß die Ausgänge der Phasenmeßanordnungen (9) mit einer Regeleinrichtung (10) verbunden sind und
- - daß die Regeleinrichtung (10) mit Stellgliedern (11) für die Leistung der einzelnen Elektromotoren (6) in Verbindung steht.
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