DE4405658C5

DE4405658C5 - Antrieb für Zylinder einer Rollenrotationsdruckmaschine

Info

Publication number: DE4405658C5
Application number: DE4405658A
Authority: DE
Inventors: Dieter Koch; Felix Schneider; Andreas Miescher; Andreas Zahnd
Original assignee: Wifag Maschinenfabrik AG
Current assignee: Wifag Maschinenfabrik AG
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1994-02-22
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2013-12-30
Also published as: US6338298B2; DE9321320U1; DE4405658C2; DE4345570B4; US20010017087A1; DE4405658A1

Abstract

Antrieb für Zylinder einer Rollenrotationsdruckmaschine mit
a) einem farbübertragenden ersten Zylinderpaar (10), umfassend einen ersten Gummituchzylinder (2) und einen ersten Plattenzylinder (3), die zum gemeinsamen Antrieb während des Druckens durch einen ersten Motor (5) mechanisch miteinander gekoppelt sind,
b) einem farbübertragenden zweiten Zylinderpaar (10), umfassend einen zweiten Gummituchzylinder (2) und einen zweiten Plattenzylinder (3), die zum gemeinsamen Antrieb mechanisch miteinander gekoppelt sind,
c) einem farbübertragenden dritten Zylinderpaar (10), umfassend einen dritten Gummituchzylinder (2) und einen dritten Plattenzylinder (3), die zum gemeinsamen Antrieb mechanisch miteinander gekoppelt sind, wobei der dritte Gummituchzylinder (2) ein Gegendruckzylinder (2) ist, der mit dem ersten oder dem zweiten Gummituchzylinder (2) einen Druckspalt für die Bahn (1) bildet,
d) pro Plattenzylinder (3) mindestens jeweils einer Farbwalze
e) wobei der erste und der zweite Gummituchzylinder (2) zum fliegenden Wechsel der Produktion bei fortlaufender Bahn (1) Wechselweise an den dritten Gummituchzylinder (2) an- und...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb von Zylindern einer Rollenrotationsdruckmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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.
Bei einer aus der DE 34 09 194 A1 bekannten Druckmaschine mit mehreren Druckwerken ist ein Antriebsmotor für mehr als ein Druckwerk vorgesehen. Dieser Motor kann zwar mit dem Antriebszahnrad eines einzigen der Druckwerke unmittelbar verbunden sein, jedoch sind die Antriebszahnräder der anderen Druckwerke mit dem mit dem Motor verbundenen Antriebszahnrad mechanisch gekoppelt.
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.
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 Regelleitsystem für solch eine Druckmaschine mit jeweils einzeln angetriebenen Zylindern bekannt. Dabei können die Einzelantriebe der Zylinder und deren Antriebsregler zu Druckstellengruppen beliebig zusammengefaßt werden. Die Druckstellengruppen werden Falzapparaten zugeordnet, von denen sie ihre Positionsreferenz beziehen. Das vorgeschlagene Leitsystem besteht im wesentlichen aus einem schnellen BUS-System für die Einzelantriebe und die Antriebsregler einer Druckstellengruppe und einem übergeordneten Leitsystem zur Verwaltung der Druckstellengruppen.
Das in diesen beiden Druckschriften verfolgte Konzept der einzeln angetriebenen Zylinder ermöglicht zwar eine hohe Einsatzflexibilität, erfordert aber gleichzeitig eine sehr hohe Anzahl von Antriebsmotoren und, wie die DE 42 14 394 A1 zeigt, einen hohen Regelungsaufwand für diese große Anzahl von Einzelantrieben. Darüberhinaus muß eine Vielfalt von Motoren verwendet werden. Bei Verwendung nur weniger Motorengrößen wären andernfalls für unterschiedliche Anwendungen oft überdimensionierte Motoren einzusetzen. Beides treibt den Preis solch einer Druckmaschine.
Eine aus der JP-A 63-236651 bekannte Druckmaschine weist Druckeinheiten auf, die individuell durch eigene Antriebsmotoren angetrieben werden. Die Motoren treiben jeweils auf die Plattenzylinder der Druckeinheiten, und von den Plattenzylindern wird über Zahnradkopplungen auf die druckenden Zylinder weitergetrieben. Die Motoren sitzen unmittelbar auf den Wellen der Plattenzylinder.
Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine hochflexibel einsetzbare, dennoch wirtschaftliche Rotationsdruckmaschine zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des An spruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche sind auf zweckmäßige und nicht glatt selbstverständliche Ausführungsformen des Ge genstands von Anspruch 1 gerichtet.
Nach der Erfindung bilden Gummituchzylinder und Plattenzylinder einer Rotationsdruckmaschine paarwei se eine Zylindergruppe, bei der jeweils ein Gummituchzylinder und ein Plattenzylinder mechanisch miteinander gekoppelt sind und gemeinsam durch einen eigenen Antriebsmotor pro Zylindergruppe angetrieben werden.
Durch diese gruppenweise Zusammenfassung der beiden Zylinder und deren Ausstattung mit einem einzigen Antrieb für zumindest ein Zylinderpaar wird die Anzahl der benötigen 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 Zylinder verstanden, zwischen denen eine zu bedruckende Papierbahn hindurchläuft und einseitig oder beidseitig bedruckt wird.
Nach der Erfindung wird der Gummituchzylinder an getrieben, der seinerseits über die mechanische Kopplung auf den Plattenzylinder der gleichen Zylindergruppe abtreibt. Die 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.
Nach der Erfindung arbeiten drei Zylindergruppen auf einer Druckstelle. Eine Zylindergruppe ist an der einen Druckseite und zwei Zylindergruppen an der gegenüberliegenden Druckseite einer dazwischen durchlaufenden Papierbahn angeordnet. Bevorzugt bildet dabei der Gummizylinder der an der einen Druckseite der Papierbahn angeordneten Zylindergruppe den Gegendruckzylinder für die beiden anderen Gummizylinder der an der gegenüberliegenden Druckseite der Papierbahn angeordneten Zylindergruppe, die beide jeweils wechselseitig betrieben werden können. Diese Konfiguration bietet die höchste Einsatzflexibilität für eine Gummi-/Gummiproduktion, da bei fortlaufender Produktion die beiden wechselseitig einsetzbaren Gummizylinder für eine Umstellung des Drucks konfiguriert werden können. Dies erfolgt durch Plattenwechsel eines dem nicht angestellten Gummizylinder zugeordneten Plattenzylinders. Jede Zylindergruppe kann in einem Einzelgestell gelagert sein. Vorzugsweise sind die beiden einer Druckseite der Papierbahn horizontal gegen überliegenden Zylindergruppen zu einer in einem Gestell gelagerten Zylindereinheit zusammengefaßt.
Aus der DE-OS 21 34 397 ist ein Druckwerk für eine Offset-Druckpresse mit zwei Zylinderpaaren bekannt, wobei jedes der Zylinderpaare einen Platten- und einen Gummituchzylinder umfaßt und die Gummituchzylinder der beiden Paare gegenseitig in Anlage bringbar sind Zusätzlich ist wenigstens ein aus einem Plattenzylinder und einem Gummituchzylinder bestehendes Zylinderpaar vorgesehen, wobei der Gummituchzylinder des zusätzlichen Zylinderpaares an einen der beiden Gummituchzylinder der vorgenannten zwei Zylinderpaare anlegbar angeordnet ist. Ein Antrieb für die Zylinder ist in dieser Druckschrift nicht offenbart.
Der Abtrieb von einem Antriebsmotor auf die jeweilige Zylindergruppe erfolgt bevorzugterweise mittels eines Zahnriemens. Gegenüber den in der DE 41 38 479 AI und der JP-A 63-236651 vorgeschlagenen Lösungen des auf der Antriebswelle des angetriebenen Zylinders sitzenden Rotors des Elektromotors besitzt solch ein Zahnriemen eine hohe Elastizität. Für das Regelkonzept des Antriebs einer Zylindergruppe ist jedoch die durch die Verwendung eines Zahnriemens gegebene Möglichkeit einer hohen Bedampfung des aus einem Antriebsmotor und den angetriebenen Zylindern bestehenden mechanischen Systems von großem Wert, wie noch erläutert wird. Gegenüber einem Zahnradtrieb zwischen dem Antriebsmotor und dem angetriebenen Zylinder einer Zylindergruppe, wie er ebenfalls Anwendung finden kann, besitzt ein Zahnriemen den Vorteil eines spielfreien Laufs und eines nicht absolut festen Übersetzungsverhältnisses.
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 schrägverzaint sein. Bei schrägverzahnten Zahnrädern wird zur Seitenregisterverstellung der Gummituchzylinder längs verschoben, während seine Antriebs- und/oder Abtriebszahnräder erfindungsgemäß ortsfest bleiben. Andemfalls 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.
Die Farbwalze bzw. die Farbwalzen eines Farbwerkes, das einer Zylindergruppe zugeordnet ist, kann bzw. können erfindungsgemäß mechanisch mit dieser Zylindergruppe gekoppelt sein, so daß die Farbwalze bzw. die Farbwalzen vom Antriebsmotor dieser Zylindergruppe mit angetrieben werden. Durch diese Lösung kann 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.
Zumindest die Antriebsmotoren der auf die gleiche Druckseite einer Papierbahn arbeitenden 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.
Die Regelung der Lage und/oder der Drehzahl des zu regelnden Zylinders einer Zylindergruppe bzw. einer Walze eines Farbwerkes erfolgt erfindungsgemaß mittels eines Reglers für den Antriebsmotor durch den Soll/Ist-Vergleich der Ausgangssignale eines Sollwert-Gebers und eines Istwert-Gebers, wobei dieser Istwert-Geber die Lage und/oder die Drehzahl des Zylinders bzw. der Walze erfaßt. Im Gegensatz zu den bekannten Regelungen bei Rotationsdruckmaschinen wird somit ein Lastgeber für die Regelung verwendet. Demgegen- über wurde bislang im Druckmaschinenbau ein mechanischer Geber auf der Motorseite zur Erfassung der Motordrehzahl oder der Rotorwinkellage des Motors für den Soll/Ist-Vergleich der Motorregelung verwendet. Bei dieser herkömmlichen Regelung stößt man bei großen Massenträgheitsverhältnissen von der Last zum Motor rasch an die dynamischen Grenzen. Wird die Regelung instabil, beginnt vor allem der Motor zu schwingen, während die Last relativ ruhig bleibt.
In der Regelungstechnik sind für sogenannte Zweimassenschwinger Differenzaufschaltungen, Regelkaskaden und aktive Filter bekannt, die jedoch alle einen großen regeltechnischen Aufwand erfordern. Für die vorstehend beschriebenen Last/Motor-Systeme, d. h. die eigenangetriebenen Zylindergruppen, hat es sich überraschenderweise als völlig ausreichend erwiesen, die Regelung im wesentlichen mittels eines Istwertes zu führen, der durch einen an der Last, nämlich an einem der Zylinder einer Zylindergruppe, angebrachten Istwert-Geber ermittelt worden ist. Dieser Istwert-Abstand-Winkellage und/oder Drehzahl des betreffenden Zylinders – reicht zur Erzielung einer hohen Dynamik und Regelgüte sogar bereits allein aus.
Indem der erfindungsgemäß 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-Ab stand-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 dadurch gegenüber der geschilderten konventionellen Regelung bei identischer Kopplung, wesentlich erhöht werden.
Der bildlich gesprochen von der Motorseite zur Lastseite gewanderte Istwert-Geber bildet die Hauptregel größe für den Regler des Motors, d. h. der Motor wird von der Lastseite her durch deren Istwert geführt. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird kein mechanischer Istwert-Geber für die Erfassung der Lage oder der Drehzahl des Motors im Rahmen der Regelung des Motors benötigt. Eine gegebenenfalls im Motor integrierte Istwert-Erfassung kann vorteilhaft für die reine Antriebsüberwachung, gegebenenfalls für eine Motornotabschaltung verwendet werden.
Der Istwert-Geber für die Regelung wird entsprechend der Erfindung am momentenfreien Wellenende des angetriebenen Zylinders einer Zylindergruppe bzw. der angetriebenen Walze eines Farbwerks angebracht.
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 ein Antriebsmotor eine Zylindergruppe bzw. auch die Walzen eines Farbwerkes antreibt, bei dem also 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, bespielsweise Gleichstrommotoren, ist jedoch nicht grundsätzlich ausgeschlossen.
Die Stabilität der Regelung wird durch die bevorzugte Verwendung eines spielfreien Zahnriemens mit hoher Dämpfung als Kopplung zwischen Motor und Last zusätzlich verbessert.
Der Antriebsmotor kann bei dem in Rede stehenden Zweimassenschwinger 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.
Mit dem Konzept der paarweisen Zusammenfassung von Gummituch- und Plattenzylindern zu Zylindergrup pen 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 erfindungsgemaß einfachen Regelung, die ebenfalls auf wechselnde Massenträgheitsverhältnisse flexibel anpaßbar ist, noch verstärkt. Dabei kommen die mit der Erfindung erzielten Vorteile mit größer werden- den 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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
1 eine Druckstelle mit zwei Zylindergruppen;
2 eine Zylindergruppe mit einer zugeordneten, eigenangetriebenen Farbwalze;
3 eine Regelung des Antriebs für eine Zylindergruppe entsprechend dem Stand der Technik;
4 eine Regelung für den Antrieb einer Zylindergruppe nach der Erfindung;
5 einen Vergleich des dynamischen Verhaltens einer herkömmlichen Regelung und einer Regelung nach der Erfindung in Abhängigkeit vom Massenträgheitsmomentenverhältnis von Motor und Last;
6 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;
7 ein Regeldiagramm des Reglers;
8 eine aus drei Zylindergruppen gebildete Druckstelle in Y-Stellung; und
9 eine aus drei Zylindergruppen gebildete Druckstelle in Lambda-Stellung.
Bei einer in 1 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 1 werden jeweils die Gummituchzylinder 2 jeder Zylindergruppe 10 durch einen Drehstrommotor 5 angetrieben. Die Konfiguration entsprechend der 1, 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.
In 2 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.
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.
Der Antrieb der Zylindergruppe 10 erfolgt von dem 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 variierbaren 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 weniger Motorleistungsgrößen die gesamte Variationsvielfalt von Zylinder- bzw. Walzenlängen und -durchmessern mit ensprechend unterschiedlichen Massenträgheitsmomenten ausgerüstet werden kann.
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 Falle 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.
Im Gegensatz zu den im Rotationsdruckmaschinenbau bekannten Regelungen wird 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.
Eine im Druckmaschinenbau bekannte Regelung ist in 3 schematisch dargestellt. Die Regelung des 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 ein entsprechendes Walzen- oder Zylindersystem, dessen 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 in Bezug auf deren Drehsteifigkeit und Spielfreiheit.
Bei den bekannten Systemen, wie eines in 3 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.
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.
4 zeigt hingegen eine Regelung, bei der, wie in 2 bereits dargestellt, die Führungsgröße für die Regelung von einem 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, angebracht. Dieser Istwert-Geber 21 wird im folgenden daher Lastgeber genannt. Die Kopplung 24 wird durch den bereits beschriebenen Zahnriemen 11 mit gegenüber einer direkten Kopplung oder einer Zahnradkopplung hoher Elastizität aber auch hoher Dämpfung gebildet. Zudem ist diese Kopplung 24 mit einem Zahnriemen spielfrei.
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.
In dieser Regelung liegen die Kopplung 24 und die Last 25 innerhalb des eigentlichen Regelkreises. Die Last 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. Das System, bestehend aus Regler, Motor, Kupplung und Zylinder, ist an sich bereits wesentlich stärker gedämpft. Resonanzüberhöhungen treten daher nicht in demselben Maße auf. Der Regler kann daher rascher eingestellt werden ohne den stabilen Arbeitsbereich zu verlassen.
Eine gegebenenfalls am Motor 5 angebrachte, im Ausführungsbeispiel nach 4 dargestellte Istwert-Erfassung kann für eine zusätzliche Überwachung des Motors 5, zum Beispiel bei einer gewünschten Notabschaltemöglichkeit des Motors 5 verwendet werden.
In den Diagrammen der 5 und 6 wird das dynamische Verhalten der beiden Regelungen nach den 3 und 4 verglichen. Als Maß für die Dynamik der Regelung wird der reziproke Wert der Nachstellzeit T des Antriebes gewählt. In 5 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 4 mit der Istwert-Erfassung an der Last gerade bei größeren Massenträgheitsverhältnissen der Istwert-Erfassung am Motor entsprechend der 3 deutlich überlegen ist.
In 6 ist die Dynamik als Funktion der Drehsteifigkeit der Kopplung 24 bei konstantem Massenträgheitsverhältnis und identischer Phasenreserve abgebildet. Hier zeigt sich die Regelung nach 4 besonders bei niedriger Drehsteifigkeit der Kopplung gegenüber der konventionellen Regelung entsprechend 3 überlegen.
7 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 K₁XD₁ 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 S_s und S_i zum zweiten Differenzverstärker 35 geführt. Die dort gebildete Summe k₁ D₁ + S_s – S_i wird in einem zweiten Proportionalverstärker 36 verstärkt und über ein Integrierglied 37 einem Stromregler für den Motor 5 zugeführt.
8 zeigt eine Druckstelle, die durch drei Zylindergruppen 10 gebildet wird.
Eine erste Zylindergruppe 10 ist auf der einen Druckseite der Papierbahn 1 und eine zweite und eine dritte Zylindergruppe 10 sind auf der gegenüberliegenden Druckseite dieser Papierbahn 1 angeordnet. Die beiden auf der gleichen Druckseite der Papierbahn 1 angeordneten Zylindergruppen 10 sind wechselseitig an den Gummizylinder 2 der ersten Zylindergruppe 10 anstellbar. Dies ist durch zwei gerade Pfeile andeutet. Dabei sind die beiden oberen Zylindergrupppen 10, die sich etwa horizontal gegenüberliegen zu einer Zylindereinheit 28 zusammengefaßt und als solche im Maschinengestell unabhängig von der unteren Zylindergruppe 10 gelagert. Jede Zylindergruppe 10 wird wieder von einem Motor 5, wie dies schon bei den beiden Zylindergruppen 10 der 1 der Fall gewesen ist, einzeln angetrieben.
Diese Anordnung ermöglicht den fliegenden Wechsel der Produktion bei kontinuierlich fortlaufender Papierbahn 1. Jeweils einer der beiden abschwenkbaren Gummizylinder 2 ist abgeschwenkt, während der andere in Druckstellung zum gegenüberliegenden Gummizylinder 2 der ersten Zylindergruppe 10 steht. Der Produktionswechsel erfolgt in bekannter Weise durch Wechsel der Platten des dem abgeschwenkten Gummituchzylinders 2 zugeordneten Plattenzylinders 3.
9 zeigt eine alternative Druckstelle ebenfalls mit drei Zylindergruppen 10. Das zur Anordnung von 8 Gesagte gilt grundsätzlich auch zur Anordnung dieser 9. Während die drei Zylindergruppen 10 der Anordnung nach 8 jeweils die Schenkel eines "Y" bilden, bilden die Zylindergruppen 10 der 9 ein auf dem Kopf stehendes "Y" bzw. ein "Lambda". Bei der Anordnung nach 9 sind die beiden unteren, sich horizontal gegenüberliegenden Zylindergruppen 10 in dem Maschinengestell unabhängig von der oberen Zylindergruppe 10 gelagert. Diese beiden unteren Zylindergruppen 10 bilden dadurch die Zylindereinheit 28.
Die Anordnungen der 8 und 9 zeigen die hohen Flexibilität der erfindungsgemäßen Bildung von Zylindergruppen und der erfindungsgemäßen Regelung jeder Zylindergruppe. Es lassen sich auf besonders einfache Weise unterschiedlichste Druckstellen bilden, indem beispielsweise Zylindereinheiten 28 mit Zylindergruppen 10 (8 und 9) oder mehrere Zylindereinheiten 28 übereinander angeordnet werden.

Claims

Antrieb für Zylinder einer Rollenrotationsdruckmaschine mit a) einem farbübertragenden ersten Zylinderpaar (10), umfassend einen ersten Gummituchzylinder (2) und einen ersten Plattenzylinder (3), die zum gemeinsamen Antrieb während des Druckens durch einen ersten Motor (5) mechanisch miteinander gekoppelt sind, b) einem farbübertragenden zweiten Zylinderpaar (10), umfassend einen zweiten Gummituchzylinder (2) und einen zweiten Plattenzylinder (3), die zum gemeinsamen Antrieb mechanisch miteinander gekoppelt sind, c) einem farbübertragenden dritten Zylinderpaar (10), umfassend einen dritten Gummituchzylinder (2) und einen dritten Plattenzylinder (3), die zum gemeinsamen Antrieb mechanisch miteinander gekoppelt sind, wobei der dritte Gummituchzylinder (2) ein Gegendruckzylinder (2) ist, der mit dem ersten oder dem zweiten Gummituchzylinder (2) einen Druckspalt für die Bahn (1) bildet, d) pro Plattenzylinder (3) mindestens jeweils einer Farbwalze e) wobei der erste und der zweite Gummituchzylinder (2) zum fliegenden Wechsel der Produktion bei fortlaufender Bahn (1) Wechselweise an den dritten Gummituchzylinder (2) an- und von dem dritten Gummituchzylinder (2) abstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass f) der erste Motor (5) über ein Getriebe (11) den ersten Gummituchzylinder (2) antreibt und von dem ersten Gummituchzylinder auf den ersten Plattenzylinder (3) abgetrieben wird, g) ein weiterer, zweiter Motor (5) während des Druckens über ein weiteres Getriebe (11) den zweiten Gummituchzylinder (2) antreibt und von dem zweiten Gummituchzylinder auf den zweiten Plattenzylinder (3) abgetrieben wird, h) noch ein weiterer, dritter Motor (5) während des Druckens über noch ein weiteres Getriebe (11) den dritten Gummituchzylinder (2) antreibt und von dem dritten Gummituchzylinder auf den dritten Plattenzylinder (3) abgetrieben wird, i) jedes der Getriebe (11) je mittels eines Zahnriemens oder eines Zahnradtriebs gebildet wird j) und dass mindestens ein Regler für die Motoren (5) vorgesehen ist.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ersteZylinderpaar (10) und das dritte Zylinderpaar (10) eine "U"- oder eine "N"-Brücke bilden und zu einer Zylindereinheit (28) zusammengefaßtsind, die als solche im Maschinengestell unabhängig von dem zweiten Zylinderpaar (10) gelagartist.
Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zylinderpaar (10) und das dritte Zylinderpaar (10) eine "N"-Brücke bilden und das zweite Zylinderpaar (10) zu dieser Brücke so angeordnet ist, daß alle drei Zylinderpaare (10) zusammen ein "Lambda" bilden.
Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zylinderpaar (10) und das dritte Zylinderpaar (10) eine "U"-Brücke bilden und das zweite Zylinderpaar (10) zu dieser Brücke so angeordnet ist, daß alle drei Zylinderpaare (10) zusammen ein "Y" bilden.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebe je durch einen Zahnriemen (11) gebildet werden.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kopplung innerhalb der Zylinderpaare (10) durch Zahnräder (12, 13) gebildet wird.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Farbwalze (7) eines Farbwerkes, das einem Zylinderpaar (10) zugeordnet ist, mechanisch mit diesem Zylinderpaar (10) gekoppelt ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb mindestens einer Farbwalze (7) eines Farbwerkes, das einem Zylinderpaar (10) zugeordnet ist, ein eigener Motor (5) vorgesehen ist.
Antrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit einer gegen den Plattenzylinder (3) eines Zylinderpaares (10) abrollenden Farbwalze (7) mit einem negativen Schlupf gegenüber dem Plattenzylinder (3) einstellbar ist.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (23) den Motor (5) des jeweiligen Gummituchzylinders (2) anhand eines vorgegebenen Drehwinkellage-Sollwerts für den Gummituchzylinder (2) und eines Drehwinkellage-Istwerts regelt, der von einem Geber (21) des Drehwinkellagewerts des Gummituchzylinders (2) aufgenommen wird.
Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (21) am momentenfreien Wellenende des Zylinders (2) angebracht ist.
Antrieb nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (23) ein PID-Regler ist.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (5) durch einen elektrischen Asynchronmotor gebildet wird.