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Die vorliegende Erfindung betrifft
den Antrieb eines farbübertragenden
Druckzylinders einer Rollenrotationsdruckmaschine nach dem Oberbegriff von.
Anspruch 1, wie er aus der
JP-A
63-236651 bekannt ist.
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Herkömmliche Rotationsdruckmaschinen werden
von einem Hauptantrieb über
eine mechanische Längswelle,
auch Königswelle
genannt, angetrieben. Ein Nachteil dieser Druckmaschinen ist der zu
betreibende mechanische Aufwand zum Ausgleich der während des
Laufs auftretenden Torsion der Längswelle.
Dadurch wird eine mechanische Umfangsregisterverstellung von Druckstellen
der Druckmaschine während
des Laufs notwendig.
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Es wird auch versucht, die mechanische Längswelle
zwischen den einzelnen Druckeinheiten durch eine elektrische Längswelle
zu ersetzen. Hierbei erhält
jede Druckeinheit einen separaten elektrischen Antrieb. Zu dem hohen
mechanischen Aufwand, der wegen der Komplexität der einzelnen Druckeinheiten
mit mehreren Druckstellen nach wie vor zu betreiben ist, kommt in
diesem Falle noch ein hoher regeltechnischer Aufwand hinzu, da der
Synchronlauf der einzelangetriebenen Druckeinheiten untereinander
ebenfalls sichergestellt sein muß.
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Zur Vermeidung der genannten Probleme wird
in der
DE 41 38 479
A1 vorgeschlagen, die Zylinder der Druckmaschine durch
je einen Elektromotor anzutreiben. Aus der
DE 42 14 394 A1 ist ein übergeordnetes
Regelleitsystem für
solch eine Druckmaschine mit jeweils einzeln angetriebenen Zylindern
bekannt.
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Besondere Probleme bereitet die Regelung eines
Motor/Last-Systems mit einem Antriebsmotor für einen Zylinder oder eine
Walze einer Rotationsdruckmaschine. In Einzelfällen wird bei kleinen Lasten
ein großer,
d. h. leistungsstarker Motor mit einem gegenüber der Last vergleichsweise
hohen Massenträgheitsmoment
verwendet. Solche Systeme werfen hinsichtlich der Beherrschung von
Schwingungen und Stößen keine
allzu großen
Probleme auf, da die Last vom Motor zwangsweise mitgeführt wird
Bei größer werdendem
Massenträgheitsmoment
der angetriebenen Lasten, deren Massenträgheitsmomente oft mehr als
fünfmal
größer als
die der antreibenden Motoren sein können, nehmen die Schwingungsprobleme
jedoch zu. Dementsprechend komplexer werden die Regelungen dieser
Motor/Last-Systeme.
Die Elastizität
einer Kopplung zwischen dem Motor und der Last trägt weiter
zur Verschärfung
der Probleme bei.
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Im Druckmaschinenbau sind Regelungen der
Lage oder der Drehzahl eines Zylinders bekannt, bei denen ein mechanischer
Geber auf der Motorseite zur Erfassung der Motordrehzahl oder der
Rotorwinkellage des Motors für
einen Soll/Ist-Vergleich der Motorregelung verwendet wird. Diese
bekannte Regelung stößt jedoch
bei größer werdenden
Massenträgheitsverhältnissen
von der Last zum Motor zunehmend an ihre dynamischen Grenzen. Wird
die Ist-Position an der Motorwelle gemessen, so liegen sowohl Kopplung
als auch mechanische Last außerhalb
des eigentlichen Regelkreises. Sie können diesen jedoch über die
auf die Motorwelle zurückwirkenden
Beschleunigungsmomente beeinflussen. Der Motor, der in diesem Fall
eine wesentlich kleinere Masse als die Kopplung und der Zylinder
hat, wird dadurch maßgeblich
beeinflußt.
Da die resultierende Motorbelastung aus einem mechanischen Gebilde aus
Massen, Federn und Dämpfungen
besteht, ist das Lastmoment stark frequenzabhängig, was letztlich das dynamische
Verhalten des Systems bestimmt. Bei Anregung durch eine Sollwert-Änderung werden
zuerst die Federn gespannt, die dem Motor am nächsten gelegen sind. Das durch
den Regler hervorgerufene Motormoment beschleunigt Teile der Kopplung
und in weiterer Folge den Zylinder bzw. die angetriebene Walze.
Energie ist zu diesem Zeitpunkt sowohl in den Federn als auch in
der Massenbewegung gespeichert, deren Aufteilung sich laufend ändert. Der
Motor mag zwar innerhalb kurzer Zeit die korrekte Position eingenommen
haben, wird aber durch die auftretenden Massenkräfte erneut abgelenkt, was zu
einem weiteren Regelvorgang führt. Das
System muß,
durch einen relativ langsamen Regler angesteuert, stabilisiert werden.
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Die
JP-A 63-236651 betrifft eine Druckmaschine
mit Druckeinheiten, die individuell durch eigene Antriebsmotoren
angetrieben werden. Die Motoren treiben jeweils auf die Plattenzylinder
der Druckeinheiten, und von den Plattenzylindern wird über eine
Zahnradkopplung auf die druckenden Zylinder weitergetrieben. Den
Motorreglern der Antriebsmotoren werden Maschinensteuersignale als
Sollwertsignale und Motordrehzahl- und Motorgeschwindigkeitssignale als
Istwertsignale zugeführt.
Die Regler bilden aus den Soll- und Istwerten Differenzsignale,
anhand deren die Antriebsmotoren geregelt werden.
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In der Regelungstechnik sind allgemein
für sogenannte
Zweimassenschwinger Differenzaufschaltungen, Regelkaskaden und aktive
Filter bekannt, die jedoch alle einen sehr großen regeltechnischen Aufwand
erfördern.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe
gemacht, einn Antrieb für
einen farbübertragenden Druckzylinder
einer Rollenrotationsdruckmaschine zu schaffen, mit dem der Druckzylinder
bei hoher Regelgüte
dennoch auf einfache Weise lagegeregelt wird.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei einem farbübertragenden
Druckzylinder einer Rollenrotationsdruckmaschine der Antrieb des
Zylinders vom Antriebsmotor her über
einen Zahnriemen. Der Drehwinkellagegeber ist am lastfreien Ende
des Zylinders angeordnet, wobei das Massenträgheitsmoment der Lastseite
ein Mehrfaches desjenigen der Antriebsseite beträgt und der Zahnriemen mit der
Lastseite ein Tiefpaßfilter
bildet. Durch den Antrieb über
einen Zahnriemen und die Regelung anhand eines Lage-Istwerts lediglich
von einem lastseitigen Drehwinkellagegeber wird eine leistungsoptimierte
Lageregelung des Antriebsmotors mit hoher Lagegenauigkeit verwirklicht.
Der erfindungsgemäße Antrieb
mit Lageregelung des Antriebsmotors ist dabei konstruktiv einfacher
als ein ebenfalls lagegeregelter Antrieb, wie er beispielsweise
aus der Schrift von Mannesmann-Rexroth "Elektronische Welle mit
digitalen intelligenten Antrieben für Druckmaschinen", HMI/04.93
bekannt ist. In dieser Schrift wird ein Antrieb beschrieben, bei
dem der Motor anhand zweier Lage-Istwerte, nämlich der Winkellage des Motors und
der Winkellage des direkt angetriebenen Zylinders, geregelt wird.
Hingegen hat die Erfindung erkannt, daß ein Winkellagegeber am lastfreien
Ende des Zylinders ausreichend ist.
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Die Regelung der Lage eines von einem
Antriebsmotor angetriebenen Zylinders erfolgt mittels eines Reglers
für den
Motor in Abhängigkeit
von einem Soll/Ist-Vergleich
der Ausgangssignale eines Sollwert-Gebers und eines Istwert-Gebers,
wobei dieser Istwert-Geber nach der Erfindung die Lage des Zylinders
erfaßt.
Im Gegensatz zu den bekannten Regelungen bei Rotationsdruckmaschinen
wird somit ein Lastgeber und nicht ein Motorgeber für die Regelung
verwendet.
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Für
die in Rede stehenden Last/Motor-Systeme, d. h. die eigenangetriebenen
Zylinder, die auch und sogar bevorzugterweise zu eigenangetriebenen Zylindergruppen
zusammengefaßt
sein können,
hat es sich überraschenderweise
als völlig
ausreichend erwiesen, die Regelung mittels eines Istwertes zu führen, der
durch einen an der Last, nämlich
am Zylinder oder an einem der Zylinder einer Zylindergruppe angebrachten
Istwert-Geber ermittelt
worden ist. Dieser Istwert, nämlich
die Winkellage des betreffenden Zylinders, reicht zur Erzielung
einer hohen Dynamik und Regelgüte
sogar bereits alleine aus. Der Antriebsmotor kann bei dem Zweimassenschwinger nach
der Erfindung sogar außer
acht gelassen werden. Die als Tiefpaßfilter wirkende Last ist unempfindlich
gegen die Schwingungen des demgegenüber wesentlich kleineren Motors.
Andererseits können die
Rückwirkungen
von der Last auf den Antriebsmotor vernachlässigt werden. Die erfindungsgemäße, nicht
zuletzt wegen ihrer Einfachheit preiswerte Regelung bietet den weiteren
Vorteil, daß sie
auch einfach der großen
Bandbreite der Massenträgheitsverhältnisse
zwischen Last und Motor und auf sich im Laufe des Betriebs ändernde
Parameter, wie beispielsweise die Elastizität einer Kopplung, eingestellt werden
kann.
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Indem erfindungsgemäß der zu
regelnde Istwert an der Last abgenommen wird, wird auch das gemessen,
was exakt laufen muß,
nämlich
die Last, nicht der Motor. Das aus dem Antriebsmotor, einer Kopplung
und der Last bestehende mechanische Ersatzsystem ist als Tiefpaßfilter
zu betrachten. Bei dieser Art der Regelung wird das Tiefpaßfilter
des Motor/Kopplung/Last-Systems ausgenutzt, um Stöße und Schwingungen,
die in der Regelstrecke entstehen, zu filtern. Solche Stöße und Schwingungen
werden somit in reduziertem Maße
in den Regler zurückgeführt. Die
Gefahr einer Aufschaukelung wird dadurch vermindert. Die Dynamik
der Regelung und somit auch die Regelgüte können gegenüber der geschilderten konventionellen
Regelung bei identischer Kopplung, wesentlich erhöht werden.
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Der Istwert-Geber für die Regelung
wird entsprechend der Erfindung am momentenfreien Wellenende eines
einzelangetriebenen Zylinders oder eines Zylinders einer Zylindergruppe
angebracht.
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Besonders vorteilhaft werden elektrische Asynchronmotoren
als die Antriebsmotoren eingesetzt. Bislang wurde ein Asynchronmotor
nur dann verwendet, wenn mittels eines großen Motors eine kleine Last
anzutreiben war. Für
den vorliegenden Fall, bei dem die angetriebene Last ein vergleichsweise
hohes Massenträgheitsmoment
gegenüber dem
Antriebsmotor besitzt, ist die Verwendung von Asynchronmotoren nicht
bekannt. Für
die Zwecke der erfindungsgemäßen Regelung
mit einem Lastgeber statt eines Motorgebers sind Asynchronmotoren besonders
geeignet. Gegenüber
den für
die bei den betreffenden Anwendungen bislang eingesetzten Gleichstrommotoren
weisen Asynchronmotoren eine höhere
Feldsteifigkeit auf, so daß ihr
Einsatz die Dynamik und Regelgüte
des zu regelnden Systems verbessert. Die Verwendung anderer Motorbauarten, beispielsweise
Gleichstrommotoren, ist jedoch nicht grundsätzlich ausgeschlossen.
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Die Stabilität der Regelung wird durch die Verwendung
eines spielfreien Zahnriemens mit hoher Dämpfung als Kopplung zwischen
Motor und Last zusätzlich
verbessert.
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Nach der Erfindung bilden Gummituchzylinder
und Plattenzylinder einer Rotationsdruckmaschine paarweise eine
Zylindergruppe, bei der jeweils ein Gummituchzylinder und ein Plattenzylinder
mechanisch miteinander gekoppelt sind, und gemeinsam durch einen
eigenen Antriebsmotor pro Zylindergruppe angetrieben werden.
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Durch diese gruppenweise Zusammenfassung
der beiden Zylinder und deren Ausstattung mit einem einzigen Antrieb
für zumindest
ein Zylinderpaar wird die Anzahl der benötigten Antriebsmotoren erheblich
verringert; zumindest halbiert gegenüber den Einzelantriebskonzepten.
Die mechanische Kopplung dieser beiden einander drucktechnisch zugeordneten
Zylinder, bevorzugterweise eine Zahnradkopplung mit gerad- oder schrägverzahnten Zahnrädern, bietet
gegenüber
dem Konzept der jeweils einzeln angetriebenen Zylinder deutliche
Preisvorteile. Hinsichtlich der Einsatzflexibilität sind gegenüber dem
Einzelantriebskonzept keine ins Gewicht fallenden Abstriche zu machen.
So kann sowohl die Umfangsregister- als auch die Seitenregisterverstellung
jedes Gummituchzylinders einzeln und zu jedem weiteren beliebigen
Gummituchzylinder, soweit erforderlich, abgestimmt vorgenommen werden.
Durch die Zylindergruppen entsprechend der Erfindung mit jeweils
eigenen Antriebsmotoren können
bei einer Rotationsdruckmaschine in technischer und wirtschaftlicher
Hinsicht optimale Druckstellen gebildet werden. Als Druckstellen
werden in diesem Zusammenhang jeweils die Zylinderpaare verstanden,
zwischen denen eine zu bedruckende Papierbahn hindurchläuft und
einseitig oder beidseitig bedruckt wird. Demnach gehören zu einer
erfindungsgemäß gebildeten
Druckstelle jeweils eine Zylindergruppe und ein entsprechender Gegendruckzylinder, der
zur Zylindergruppe gehören
kann, aber nicht muß.
Im zuletzt genannten Fall wird eine Druckstelle durch zwei einander
zugeordnete Zylindergruppen gebildet. Antriebstechnisch sind jedoch
die Druckstellen der Druckmaschine in beiden Fällen in sich mechanisch unabhängig, d.
h. die Druckstellen der Druckmaschine sind elektrisch miteinander
gekoppelt.
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Solch eine Zylindergruppe bildet
bevorzugterweise die Last bei der erfindungsgemäßen Regelung.
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Vorteilhafterweise wird bei den erfindungsgemäßen Zylindergruppen
der Gummituchzylinder angetrieben, der seinerseits über die
mechanische Kopplung auf den Plattenzylinder der gleichen Zylindergruppe
abtreibt. In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann der Antrieb jedoch auch die Plattenzylinderwelle
antreiben, so daß der
Gummituchzylinder erst über
die mechanische Kopplung vom Plattenzylinder angetrieben wird. Während der Antrieb
auf den Plattenzylinder einen geringen Aufwand für das An- und Abstellen des
Gummituchzylinders erfordert, ist der Gummituchzylinder andererseits
maßgebend
für die
Lagegenauigkeit bzw. Umfangsregistererstellung. Die erstgenannte
Lösung besitzt
den Vorteil, daß der
Zylinder, der letztlich mit einer zu bedruckenden Papierbahn direkt
in Berührung
kommt, nicht erst über
ein möglicherweise
mit Spiel behaftetes Übertragungsglied
angetrieben werden muß.
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Eine Zylindergruppe kann nach der
Erfindung um einen Gegendruckzylinder für den Gummituchzylinder erweitert
werden. Dieser dritte Zylinder der derart gebildeten Zylindergruppe
wird mechanisch mit dem Gummituchzylinder gekoppelt, bevorzugterweise
durch eine weitere Zahnradkopplung. Solch eine Zylindergruppe stellt
bereits eine Druckstelle dar, zwischen deren Gummituch- und Gegendruckzylinder
die zu bedruckende Papierbahn hindurchgeführt wird. Der Ge gendruckzylinder
kann ein Stahl- oder auch ein weiterer Gummituchzylinder für beidseitigen
Druck sein. Solch ein Gegendruckzylinder kann insbesondere auch
ein Zentralzylinder einer Zylindereinheit mit beispielsweise neun
oder zehn Zylindern sein. In einer alternativen, ebenfalls bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung wird solch ein Zentralzylinder von einem eigenen Antriebsmotor
angetrieben. Diese Art der Zusammenfassung gewährt die höchste Einsatzflexibilität für eine Zylindereinheit. So
kann in diesem Fall jede der dem Zentralzylinder zugeordneten Zylindergruppen
aus Gummituch- und Plattenzylinder einzeln und unabhängig von
den anderen Zylindergruppen umgesteuert werden, wie dies beispielsweise
für Wechseldruck
erforderlich ist.
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Der Abtrieb von einem Antriebsmotor
auf die jeweilige Zylindergruppe erfolgt mittels eines Zahnriemens.
Gegenüber
der in der
DE 41 38
479 A1 vorgeschlagenen Lösung des auf der Antriebswelle
des angetriebenen Zylinders sitzenden Rotors des Elektromotors besitzt
solch ein Zahnriemen eine hohe Elastizität. Für das erfindungsgemäße Regelkonzept des
Antriebs eines Zylinders bzw. einer Zylindergruppe ist jedoch die
durch die Verwendung eines Zahnriemens gegebene Möglichkeit
einer hohen Bedämpfung
des aus dem Antriebsmotor und dem oder den angetriebenen Zylindern
bestehenden mechanischen Systems von großem Wert. Gegenüber einem Zahnradtrieb
zwischen dem Antriebsmotor und dem angetriebenen Zylinder einer
Zylindergruppe, besitzt ein Zahnriemen den Vorteil eines spielfreien
Laufs und eines nicht absolut festen Übersetzungsverhältnisses.
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Demgegenüber sind für die mechanische Kopplung
zwischen den Zylindern innerhalb einer Zylindergruppe Zahnräder vorgesehen,
obwohl andere Übertragungsglieder
durchaus auch denkbar sind. Die gegeneinander kämmenden Zahnräder können gerad-
oder schrägverzahnt
sein. Bei schrägverzahnten
Zahnrädern
wird zur Seitenregisterverstellung der Gummituchzylinder längs verschoben,
während seine
Antriebs- und/oder Abtriebszahnräder
erfindungsgemäß ortsfest
bleiben. Andernfalls wäre
mit der Seitenregister- auch eine Umfangsregisterverstellung erforderlich.
Bei Verwendung geradverzahnter Zahnräder wird der Gummituchzylinder
zusammen mit seinem fest angebrachten Zahnrad bzw. seinen Zahnrädern einfach
längs verschoben.
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Die Farbwalze bzw. die Farbwalzen
eines Farbwerkes, das einer Zylindergruppe zugeordnet ist, kann
bzw. können
erfindungsgemäß mechanisch mit
dem Zylinder bzw. dieser Zylindergruppe gekoppelt sein, so daß die Farbwalze
bzw. die Farbwalzen vom Antriebsmotor des Zylinders bzw. der Zylindergruppe
mit angetrieben werden. Durch diese Lösung kann auch der regeltechnische
Aufwand gering gehalten werden. Andererseits ist die mechanische
Ankopplung des Farbwerkes im Sinne des mit der Erfindung verfolgten
Baukastenprinzips nicht ganz so ideal wie der stärker bevorzugte Eigenantrieb
für die Walze
bzw. die Walzen des Farbwerkes. Danach besitzt jedes Farbwerk einen
eigenen Antriebsmotor für seine
Farbwalzen. Solch ein Antriebsmotor treibt ebenfalls bevorzugterweise über einen
spielfreien Zahnriemen mit hoher Dämpfung und gegebenenfalls über ein
Untersetzungs-Zahnradgetriebe die Farbwalze oder im Falle mehrerer
Farbwalzen die dem Plattenzylinder der entsprechenden Zylindergruppe
am nächsten
liegende Farbwalze an. Dabei ist die Umfangsgeschwindigkeit dieser
Farbwalze vorteilhafterweise einstellbar, insbesondere mit negativem
Schlupf gegenüber
dem Plattenzylinder, so daß die
Umfangsgeschwindigkeit der Farbwalze etwas geringer als die des
entsprechenden Plattenzylinders ist.
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Zumindest die Antriebsmotoren der
auf die gleiche Druckseite einer Papierbahn arbeitenden Zylinder
oder Zylindergruppen einer Zylindereinheit werden vorteilhafterweise
lagegeregelt. Bevorzugt wird eine sogenannte ideale Lageregelung,
d. h. eine verzögerungsfreie
Lageregelung mit einer Schleppfehleraufschaltung. Auf diese, aus
technischen Gründen
erwünschte,
aufwendige Art der Lageregelung kann jedoch durchaus auch verzichtet
werden. Eine einfache Lageregelung stellt ebenfalls eine bevorzugte,
insbesondere preiswertere, Ausführungsform der
Erfindung dar.
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Mit dem Konzept der paarweisen Zusammenfassung
von Gummituch- und Plattenzylindern zu Zylindergruppen, die gegebenenfalls
um einen weiteren Gegendruckzylinder erweitert werden, wird ein
Höchstmaß an Flexibilität erhalten,
während
der Preis für
eine derart organisierte Druckmaschine gegenüber einer Druckmaschine mit
einzeln angetriebenen Zylindern erheblich gesenkt werden kann. Für eine aus
solchen Zylindergruppen zusammengesetzte Druckmaschine werden Antriebsmotoren
in lediglich zwei, allenfalls drei Leistungsklassen benötigt, während bei
direkt und einzeln angetriebenen Zylindern im Grunde jeweils gesonderte
Motoren für
Zylinder mit den verschiedensten Längen und Durchmessern erforderlich
sind. Mittels des erfindungsgemäß verwendeten
Zahnriementriebs können
die möglicherweise
in weiten Grenzen schwankenden Massenträgheitsmomentenverhältnisse
zwischen der Last und dem Motor durch entsprechende Wahl der Übersetzung
aufgefangen und aufeinander abgestimmt werden. Die Reduzierung der
Anzahl der Antriebsmotoren zusammen mit dem Vorteil, daß Motoren
lediglich in wenigen Leistungsklassen bereitgestellt werden müssen, bietet
bereits erhebliche Preisvorteile. Dieser Vorteil wird durch die
Verwendung der erfindungsgemäß einfachen
Regelung, die ebenfalls auf wechselnde Massenträgheitsverhältnisse flexibel anpaßbar ist,
noch verstärkt.
Dabei kommen die mit der Erfindung erzielten Vorteile mit größer werdenden
Druckmaschinen, d. h. mit steigender Anzahl von Druckwerken und
Druckstellen pro Maschine, immer mehr zur Geltung. Insbesondere
findet die Erfindung im Bau von Offset-Rotationsdruckmaschinen Verwendung;
sie ist aber nicht auf diese Maschinenart beschränkt.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es
zeigt
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1 eine
Regelung des Antriebs für
eine Zylindergruppe entsprechend dem Stand der Technik;
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2 eine
Regelung für
den Antrieb einer Zylindergruppe nach der Erfindung;
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3 einen
Vergleich des dynamischen Verhaltens einer herkömmlichen Regelung und einer Regelung
nach der Erfindung in Abhängigkeit
vom Massenträgheitsmomentenverhältnis von
Motor und Last;
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4 einen
Vergleich des dynamischen Verhaltens einer herkömmlichen Regelung und einer Regelung
nach der Erfindung in Abhängigkeit
von der Drehsteifigkeit der Kopplung zwischen dem Motor und der
Last;
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5 ein
Regeldiagramm des Reglers;
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6 eine
Druckstelle mit zwei Zylindergruppen;
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7 eine
Druckstelle mit einer Zylindergruppe;
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8 eine
Zylindereinheit mit einem eigenangetriebenen Zentralzylinder und
vier Zylindergruppen; und
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9 eine
Zylindergruppe mit einer zugeordneten, eigenangetriebenen Farbwalze.
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Eine im Druckmaschinenbau bekannte
Regelung ist in 1 schematisch
dargestellt.
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Die Regelung eines Motors 5,
der über
eine elastische Kopplung 24 eine Last 25 antreibt,
erfolgt mittels eines Reglers 23. Die Last 25 ist
eine schwere Walze bzw. ein schwerer Zylinder oder eine entsprechende
Walzen- oder Zylindergruppe,
deren Massenträgheitsmoment
typischerweise mehr als fünf mal
so hoch wie das des Motors 5 ist. Dennoch soll die Regelung
dieses Motor/Last-Systems leistungsoptimiert und mit ausreichend
hoher Regelgüte
für die
Drehzahl oder die Winkellage und die Drehzahl der Last 25 geregelt
werden. Dabei sollen an die Kopplung 24 von Motor und Last
keine zu hohen Anforderungen gestellt werden müssen in Bezug auf deren Drehsteifigkeit
und Spielfreiheit.
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Bei den bekannten Systemen, wie eines
in 1 dargestellt ist,
ist ein mechanischer Istwert-Geber 21 zur Erzeugung eines
für die
Lage oder die Drehzahl und die Lage des Rotors des Motors 5 charakteristischen
elektrischen Signals an diesem Rotor angebracht. Die Last 25 ist
mit der Kopplung 24, die eine Elastizität und eventuell ein gewisses Spiel
aufweist, am Motorwellenende befestigt. Die Kopplung und die Last
liegen außerhalb
des eigentlichen Regelkreises. Sie können diesen jedoch über die
auf die Motorwelle zurückwirkenden
Beschleunigungsmomente beeinflussen.
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Dieses System stößt bei großen Massenträgheitsverhältnissen
von der Last zum Motor rasch an seine dynamischen Grenzen. Wird
die Regelung instabil, so schwingt vor allem der Motor, während die Last
relativ ruhig bleibt.
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2 zeigt
hingegen eine Regelung, bei der, im Gegensatz zur 1 die Führungsgröße für die Regelung von einem Istwert-Geber 21 erzeugt
wird, der an der Last 25 und nicht am Motor 5 angebracht ist.
Dieser Istwert-Geber 21 ist am freien Wellenende der Last,
im Ausführungsbeispiel
am freien Wellenende des Gummituchzylinders 2 einer Zylindergruppe 10 (9), angebracht. Der Istwert-Geber 21 wird im
folgenden daher Lastgeber genannt. Die Kopplung 24 wird
durch einen Zahnriemen mit gegenüber einer
direkten Kopplung oder einer Zahnradkopplung hoher Elastizität aber auch
hoher Dämpfung
gebildet. Zudem ist diese Kopplung 24 mit einem Zahnriemen spielfrei.
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Der für die Regelung benötigte, vom
Lastgeber 21 erzeugte Istwert, der die Winkellage des Gummituchzylinders 2 oder
dessen Drehzahl und dessen Winkellage repräsentiert, wird auf den Regler 23 zurückgeführt. Ein
rechnergenerierter Sollwert von dem Sollwert-Geber 22 wird
mit diesem Istwert verglichen und zur Bildung eines Regelsignals
für den
Motor 5 benutzt.
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In dieser Regelung liegen die Kopplung 24 und
die Last 25 innerhalb des eigentlichen Regelkreises. Die
Last 25 und die Kopplung 24 bilden ein Tiefpaßfilter
für die
in der Regelstrecke entstehenden Stöße und Schwingungen, die somit
nur noch in reduziertem Maße
in den Regler 23 zurückgeführt werden
und deshalb auch nicht zu unerwünschten
Anregungen der Regelung führen
können.
Dadurch wird die Dynamik und auch die Regelgüte gegenüber den konventionellen Systemen
sogar bei ansonsten gleicher Kopplung wesentlich erhöht.
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Eine gegebenenfalls am Motor 5 angebrachte,
im Ausführungsbeispiel
nach 2 dargestellte Istwert-Erfassung kann für eine zusätzliche Überwachung
des Motors 5, zum Beispiel bei einer gewünschten
Notabschaltemöglichkeit
des Motors 5 verwendet werden.
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In den Diagrammen der 3 und 4 wird das dynamische Verhalten der beiden
Regelungen nach den 1 und 2 verglichen. Als Maß für die Dynamik der
Regelung wird der reziproke Wert der Nachstellzeit Ti des
Antriebes gewählt.
In 3 ist die Dynamik
als Funktion des Massenträgheitsverhältnisses von
Last zu Motor bei identischer Kopplung und identischer Phasenreserve
dargestellt. Hierbei zeigt sich deutlich, daß die Regelung nach 2 mit der Istwert-Erfassung
an der Last gerade bei größeren Massenträgheitsverhältnissen
der Istwert-Erfassung am Motor entsprechend der 1 deutlich überlegen ist.
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In 4 ist
die Dynamik als Funktion der Drehsteifigkeit der Kopplung 24 bei
konstantem Massenträgheitsverhältnis und
identischer Phasenreserve abgebildet. Hier zeigt sich die Regelung
nach 2 besonders bei
niedriger Drehsteifigkeit der Kopplung gegenüber der konventionellen Regelung entsprechend 1 überlegen.
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5 schließlich zeigt
das Regeldiagramm des Reglers 23. Der Soll- und der Istwert,
im Ausführungsbeispiel
die Soll- bzw. Ist-Mittellage eines Gummituchzylinders 2,
werden zur Bildung der Differenz Sollwert-Istwert einem ersten Differenzverstärker 31 zugeführt. Die
dort gebildete Differenz D1 wird einem ersten
Proportionalverstärker 34 zugeführt und
als proportional verstärktes
Signal K1X D1 auf
einen zweiten Differenzverstärker 35 gegeben.
Parallel werden der Sollwert und der Istwert jeweils einem Differenzierglied 32 bzw. 33 zugeführt, differenziert und
die entsprechenden Ausgangssignale Śs und Śi zum zweiten Differenzverstärker 35 geführt. Die
dort gebildete Summe k1D1 + Śs – Śi wird in einem zweiten Proportionalverstärker 36 verstärkt und über ein
Integrierglied 37 einem Stromregler für den Motor 5 zugeführt.
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Bei einer in 6 dargestellten Druckstelle wird eine
zu bedruckende Papierbahn 1 zwischen den beiden einander
gegenüberliegenden
Gummituchzylindern 2 zweier Zylindergruppen 10 hindurchgeführt. Die
beiden Zylindergruppen 10 werden jeweils durch den Gummituchzylinder 2 und
einen zugeordneten Plattenzylinder 3 gebildet, die für den gemeinsamen
Antrieb mechanisch miteinander gekoppelt sind. Die mechanische Kopplung
wird schematisch durch einen Verbindungsstrich zwischen den Mittelpunkten
der beiden Zylinder 2 und 3 angedeutet. Im Ausführungsbeispiel
nach 6 werden jeweils
die Gummituchzylinder 2 jeder Zylindergruppe 10 durch
einen Drehstrommotor 5 angetrieben. Die Konfiguration entsprechend
der 6, bei der jeweils
nur ein Gummituchzylinder 2 und ein Plattenzylinder 3 durch
eine mechanische Kopplung zu einer Zylindergruppe 10 zusammengefaßt sind,
zeichnet sich durch ihre einfache Bauweise und den höchstmöglichen
Grad an Konfigurationsfreiheit bei der Bildung von Druckstellen
bzw. Druckstellengruppen aus.
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7 zeigt
eine Variante zur Bildung einer Druckstelle, bei der ein Gegendruckzylinder 4 für den Gummituchzylinder 2 mit
diesem Gummituchzylinder 2 mechanisch gekoppelt ist. In
diesem Ausführungsbeispiel
setzt sich die Zylindergruppe 10 aus dem Gummituchzylinder 2,
dessen Gegendruckzylinder 4 und dem Plattenzylinder 3 und
deren mechanischer Kopplung zusammen, so daß die Druckstelle durch eine
einzige Zylindergruppe 10 gebildet wird. Im Ausführungsbeispiel
der 7 wird im Gegensatz
zu dem der 6 nicht der
Gummituchzylinder 2, sondern der diesem Zylinder zugeordnete
Plattenzylinder 3 durch einen Drehstrommotor 5 angetrieben. Vorteil
dieser Variante für
die Zusammenfas sung von Zylindern zu einer Zylindergruppe ist ihr
konstantes Förderverhalten
wegen der mechanischen Kopplung des Gummituchzylinders 2 mit
seinem Gegendruckzylinder 4 und, daß wegen dieser mechanischen Kopplung
keine direkte gegenseitige Beeinflussung der Zylinder 2 und 4 stattfindet.
Der Gegendruckzylinder 4 kann ein zweiter Gummituchzylinder
oder aber ein Stahlzylinder, beispielsweise ein Zentralzylinder einer
Neun- oder Zehn-Zylindereinheit sein.
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Die Zuordnung der Motoren 5 zu
den Gummituchzylindern 2 bzw. den Plattenzylindern 3 kann grundsätzlich in
beiden Ausführungsbeispielen
vertauscht werden. Der Antrieb des Plattenzylinders 3 hat
den Vorteil, daß die
Zylindergruppe 10 leichter umgesteuert werden kann, während im
anderen Fall beim Antrieb des Gummituchzylinders 2 der
auf die Papierbahn 1 direkt druckende Zylinder angetrieben wird
und dadurch ein Antrieb frei von spielbehafteten Übertragungsgliedern,
wie beispielsweise Zahnrädern,
möglich
ist, was im Hinblick auf die Regelung nach 2 bevorzugt wird.
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In 8 ist
eine Zylindereinheit 20 dargestellt, bestehend aus einem
zentralen Stahlzylinder 6 und vier, diesem Zentralzylinder 6 zugeordneten
Zylindergruppen 10. Jeweils ein Gummituchzylinder 2 und
ein Plattenzylinder 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel
zu einer Zylindergruppe 10 zusammengefaßt. Für den Antrieb des Zentralzylinders 6 ist
ein eigener Drehstrommotor 5 vorgesehen. Ebenso könnte jedoch
der Zentralzylinder 6 mit einer der vier Zylindergruppen 10 eine
Zylindergruppe entsprechend der in 7 dargestellten
Variante bilden. Hierdurch würde
der eigene Motor 5 für
den Zentralzylinder 6 eingespart werden. Andererseits bietet
jedoch die in 8 dargestellte
Zusammenfassung zu den kleinstmöglichen
Zylindergruppen 10 und eigenangetriebenem Zentralzylinder 6 zu
einer Zylindereinheit 20 die höchstmögliche Flexibilität hinsichtlich der
Konfigurationsmöglichkeiten.
Diese von den vorstehend beschriebenen Grundvarianten abgeleitete Konfiguration
einer Zylindereinheit 20 hat drucktechnisch den Vorteil,
daß sich
der sogenannte Fan-Out-Effekt sehr in Grenzen hält. Jeder der Gummituchzylinder 2 ist
ferner einfach auf Gummi/Gummi-Produktion umsteuerbar. Die Möglichkeiten
auf verschiedene Arten des Wechseldrucks umzusteuern, werden ebenfalls
nicht beschränkt.
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Wie dieses Ausführungsbeispiel zeigt, ist eine
aus Zylinderpaaren gebildete Zylindergruppe 10 hinsichtlich
ihrer Konfigurierbarkeit einem Konzept mit jeweils einzeln angetriebenen
Zylindern ebenbürtig..
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In 9 ist
das Zusammenwirken einer aus einem Gummituch-/Plattenzylinderpaar
2, 3 bestehenden Zylindergruppe 10 mit einer Farbwalze 7 dargestellt.
Hierbei verfügt
die Farbwalze 7 über
einen eigenen Antrieb durch einen Motor 5, der zu dem Motor 5 für die Zylindergruppe 10 identisch
sein kann, aber nicht sein muß.
Der Motor 5 für
die Farbwalze 7 treibt über
einen Zahnriemen 15 und ein Zahnradpaar 16,17,
wobei das Zahnrad 17 auf der Welle der Farbwalze 7 sitzt,
die Farbwalze 7 an. Die unterschiedlichen Massenträgheitsmomente
des Motors 5 und der Farbwalze 7 werden durch
geeignete Wahl der Übersetzungsverhältnisse
beim Abtrieb über
den Zahnriemen 15 und das Zahnradpaar 16, 17 entschärft.
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Die Umfangsgeschwindigkeit der Farbwalze 7 ist
einstellbar mit einem leicht negativen Schlupf gegenüber dem
Plattenzylinder 3. Dadurch kann der Gefahr entgegengewirkt
werden, daß die
durch ein Zahnradpaar 12, 13 gebildete mechanische
Kopplung zwischen dem Gummituchzylinder 2 und dem Plattenzylinder 3 aus
dem Zahneingriff gehoben wird.
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Der Antrieb der Zylindergruppe 10 erfolgt
von deren Motor 5 über
den Zahnriemen 11 auf den Gummituchzylinder 2. Die mechanische
Kopplung zwischen dem Gummituchzylinder 2 und dem Plattenzylinder 3 derselben
Zylindergruppe 10 bilden die beiden Zahnräder 12 und 13.
Zur Entschärfung
eines hohen Verhältnisses
der Massenträgheitsmomente von
Last und Antrieb, nämlich
Zylindergruppe 10 und Motor 5, wird die Drehzahl
des Motors 5 über
den Zahnriemen 11 entsprechend untersetzt. Dieser Zahnriemen 11 ist
das elastische Kopplungsglied zwischen dem Motor 5 und
der angetriebenen Zylindergruppe 10. Gegenüber einer
grundsätzlich
ebenfalls geeigneten direkten Kopplung oder einer Zahnradkopplung
wird mit dem Zahnriemen 11 eine sehr hohe Dämpfung des
Motor/Last-Systems 5, 10 erzielt. Das Gleiche
gilt grundsätzlich
auch für
den Antrieb der Farbwalze 7 und dessen Kopplungsglied, den
Zahnriemen 15. Ferner wird durch die Wahl eines Zahnriementriebs
wegen der stufenlos varüerbaren Übersetzung
ein großer
konstruktiver Freiraum geschaffen. Die Motoren 5 für die Zylindergruppe 10 bzw.
die Farbwalze 7 sind jeweils Drehstrommotoren mit einer
hohen Feldsteifigkeit. Auch hier kommt das Baukastenprinzip der
Bildung von Zylindergruppen bzw. Walzengruppen mit Zahnriemenkopplung
zum Antriebsmotor zum Tragen, da mit wenigen Motorleistungsgrößen die
gesamte Variationsvielfalt von Zylinder- bzw. Walzenlängen und
-durchmessern mit entsprechend unterschiedlichen Massenträgheitsmomenten
ausgerüstet
werden kann.
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Die beiden Zahnräder 12 und 13,
die die mechanische Kopplung zwischen dem Gummituchzylinder 2 und
dem Plattenzylinder 3 bilden, können schrägverzahnte oder geradverzahnte
Zahnräder sein.
Im Fälle
schrägverzahnter
Zahnräder
wird der Gummituchzylinder 2 bei der Seitenregisterverstellung
längsverschoben,
während
das Zahnrad 12 und das entsprechende Zahnrad für den Zahnriemen 11 ortsfest
bleiben, d. h. diese beiden Zahnräder sind auf der Zylinderwelle 14 längsverschiebbar
gelagert. Im Falle einer Geradverzahnung der beiden Zahnräder 12 und 13 sitzen
das Zahnrad 12 und das Zahnrad für den Zahnriemen 11 fest
auf der Welle 14 und werden zusammen mit dem Gummituchzylinder 2 und
dem Motor 5 für
die Zylindergruppe 10 gemeinsam längsverschoben.
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Wie bereits beschrieben, wird im
Gegensatz zu den im Rotationsdruckmaschinenbau bekannten Regelungen
das Motor/Last-System 5, 10 durch einen Istwert
geführt,
der von einem an der Lastseite, nämlich am momentenfreien Ende
der Welle 14 des Gummituchzylinders 2 angebrachten
mechanischen Lastgeber 21 erzeugt wird. Die gleiche Art
der Regelung, nämlich
mit einem am lastfreien Wellenende der Farbwalze 7 angebrachten
Lastgeber 27 wird für die
Regelung der Drehzahl dieser Farbwalze 7 gewählt.