DE102006004572B4 - Antrieb einer Schwinganlage - Google Patents

Abstract

Antrieb einer Schwinganlage, die Bogen zu einer Anlegtrommel (8) transportiert, welche gemeinsam mit mindestens einer Antriebskurvenscheibe (19) und mit mindestens einer ein Momentenausgleichsgetriebe (37) steuernden Ausgleichskurvenscheibe (30) auf einer Anlegtrommelwelle (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Ausgleichskurvenscheibe (30) aufgeprägtes Bewegungsgesetz derart ausgebildet ist,- dass die Summe des Antriebsmomentes der Schwinganlage (22) und des durch das Momentenausgleichsgetriebe (37) initiierten Ausgleichsmomentes einen alternierenden, mit einem positiven und einem negativen Bereich versehenen Verlauf mit der Periode 360° einer Eintourenwelle aufweist und- bei der Bogenübergabe an die Anlegtrommel (8) ein geringfügiges Verspannmoment wirkt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Antrieb einer Schwinganlage, die Bogen zu einer Anlegtrommel transportiert, welche gemeinsam mit mindestens einer Antriebskurvenscheibe und mit mindestens einer ein Momentenausgleichsgetriebe steuernden Ausgleichskurvenscheibe auf einer Anlegtrommelwelle angeordnet ist.
• In bogenverarbeitenden Maschinen ist es üblich, die Bogen auf einen Anlegtisch und mit der Vorderkante gegen in die Bahn der Bogen bringbare Vordermarken zu führen und so nach der Vorderkante auszurichten. Nachfolgend werden ggf. die Bogen nach der Seitenkante ausgerichtet. Anschließend werden die ausgerichteten und in Ruhe befindlichen Bogen von der Schwinganlage erfasst und auf Anlegtrommelgeschwindigkeit beschleunigt sowie an eine Anlegtrommel übergeben. Nach der Bogenübergabe wird die Schwinganlage verzögert sowie zum Anlegtisch zur Übernahme des Folgebogens zurückgeführt. Derartige Schwinganlagen haben sich zur Bogenbeschleunigung als Getriebetyp durchgesetzt. Sie haben aber den Nachteil, dass immer positive und negative Antriebsmomente auftreten, deren Amplituden mit steigenden Drehzahlen und Formatbreiten immer größer werden, so dass die Schwinganlage den Hauptschwingungserreger in bogenverarbeitenden Maschinen darstellt. Der periodisch schwankende Momentenbedarf führt zu Schwingungen im Bogenzuführsystem und über den Räderzug zu den Druckwerken, was letztlich zu Passerfehlern und zum Dublieren führt.
• Weiterhin ist es von Nachteil, dass zur Sicherstellung einer ständigen Flankenanlage im Räderzug als Eintriebsstelle das Anlagedruckwerk ausgewählt werden muss. Da jedoch der Trend der Entwicklung zu immer mehr Druckwerken pro Maschine geht, das übertragbare Drehmoment des Räderzuges sich aber als leistungsbegrenzend erweist, wäre ein Mittenantrieb in vielerlei Hinsicht vorteilhaft.
• Um diese Nachteile zu beseitigen, ist ein Leistungsausgleich der Schwinganlage erforderlich. Dazu wurde in der DD 266 784 B5 vorgeschlagen, bei einem gattungsgemäßen Schwinganlagenantrieb den Bewegungsverlauf der Ausgleichskurvenscheibe mit Hilfe mindestens einer ruck- und stoßfreien Sinuslinie für den Gleichlauf- und den Gegenlaufabschnitt zu realisieren.
• Nachteilig ist, dass diese Art des Leistungsausgleichs ganz bestimmte Bewegungsgesetze voraussetzt, die ihrerseits aber keine Rast am Anlagetisch zulassen. Außerdem ist es erforderlich, den Schwinger direkt von der Kurvenscheibe anzutreiben, damit es zu keiner Verzerrung der symmetrischen Bewegung kommt.
• Aus Dresig/Holzweißig „Maschinendynamik“ 5. Auflage 2004, S. 170 ff ist es bekannt, einzelne Harmonische des Antriebsmoments auszugleichen, indem die erste Harmonische durch eine umlaufende Ausgleichsmasse und jede weitere Harmonische durch Ausgleichmechanismen kompensiert wird.
• Da das Antriebsmoment einer Bogendruckmaschine aber aus vielen Harmonischen besteht, ist für jede Harmonische ein Gegengetriebe zu installieren, was nur mit einem hohen Aufwand zu realisieren ist und letztlich nur zu einem teilweisen Leistungsausgleich führt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen vollständigen Leistungsausgleich des Gesamtgetriebes bei einem beliebigen, für den Bogentransport optimalen Bewegungsverlauf der Schwinganlage mit einfachen Mitteln zu ermöglichen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Antrieb nach den Merkmalen des Anspruchs 1 realisiert.
• Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, die Ausgleichskurvenscheibe eines Momentenausgleichgetriebes so auszubilden, dass unabhängig vom Bewegungsgesetz der Schwinganlage ein nahezu vollständiger Leistungsausgleich erfolgt. Dabei besteht neben einem vollständigen Leistungsausgleich auch die Möglichkeit, das Ausgleichsdrehmoment so auszubilden, dass durch die Summe der Drehmomente ein gezieltes Restdrehmoment realisiert wird, welches als ein geringes Verspanndrehmoment wirkt, welches eine ständige Zahnflankenanlage sicherstellt.
• An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
• 1 eine schematische Darstellung eines Anlagedruckwerks mit einer Schwinganlage in der Seitenansicht,
• 2 eine räumliche Darstellung der Schwinganlage mit einem Momentenausgleichsgetriebe,
• 3 einen Antriebsmomentenverlauf,
• 4 die Überlagerung des Antriebsmomentenverlaufs mit einem durch ein Momentenausgleichsgetriebe initiierten Ausgleichsdrehmomentenverlauf.
• In der 1 ist ein Anlagedruckwerk 1 mit einem Druckzylinder 2, einem Gummizylinder 3 und einem Plattenzylinder 4 dargestellt. Von den Zylindern 2, 3 und 4 ist jeweils ein Druckzylinderrad 5, ein Gummizylinderrad 6 und ein Plattenzylinderrad 7 gezeigt. Das Druckzylinderrad 5 kämmt mit einem einer Anlegtrommel 8 zugeordneten Anlegtrommelrad 9. Anlegtrommel 8 und Anlegtrommelrad 9 sind auf einer Anlegtrommelwelle 10 angeordnet. Der Druckzylinder 2 und das Druckzylinderrad 5 sind mit einem Eintriebsrad 11 auf einer Druckzylinderwelle 12 gelagert, wobei mit dem Eintriebsrad 11 eine Schnecke 13 kämmt, die über eine Antriebswelle 14 und einen Riementrieb 15 mit einem Hauptmotor 16 verbunden ist. Mit dem Druckzylinderrad 5 kämmt außerdem ein Übergabezylinderrad 18, das mit einem Übergabezylinder 17 verbunden ist. Durch das Übergabezylinderrad 18 werden nachgeordnete Aggregate der Druckmaschine angetrieben.
• Auf der Anlegtrommelwelle 10 sind neben der Anlegtrommel 8 und dem Anlegtrommelrad 9, wie in 2 gezeigt, eine Antriebkurvenscheibe 19, die als Hauptantriebskurvenscheibe 20 und Nebenantriebskurvenscheibe 21 ausgebildet ist, vorgesehen. Auf der Hauptantriebskurvenscheibe 20 ist ein Bewegungsgesetz zur Realisierung der Bewegungsaufgabe einer Schwinganlage 22 aufgebracht. Dazu läuft an der Hauptantriebskurvenscheibe 20 eine Hauptkurvenrolle 23 und an der Nebenantriebskurvenscheibe 21 eine Nebenkurvenrolle 24 ab. Die Kurvenrollen 23, 24 sind in einem Doppelrollenhebel 25 gelagert, der auf einer Rollenhebelwelle 26 angeordnet ist. Zum Spielausgleich kann z. B. ein die Hauptkurvenrolle 23 tragender Arm des Doppelrollenhebels 25 elastischer ausgebildet sein als ein die Nebenkurvenrolle 24 tragender Arm. Der Doppelrollenhebel 25 ist durch eine Koppel 27 mit einem Lagerhebel 28 verbunden, der drehfest auf einer die Schwinganlage 22 tragenden Schwingerwelle 29 angeordnet ist, sodass diese im Arbeitstakt um einem Schwenkwinkel ψ geschwenkt wird.
• Mit der Anlegtrommelwelle 10 ist weiterhin eine Ausgleichskurvenscheibe 30 verbunden, die im Ausführungsbeispiel als Hauptausgleichkurvenscheibe 31 mit einer Nebenausgleichskurvenscheibe 32 ausgebildet ist. An der Hauptausgleichskurvenscheibe 31 läuft eine erste Kurvenrolle 33 und an der Nebenausgleichskurvenscheibe 32 eine zweite Kurvenrolle 34 ab. Die Kurvenrollen 33, 34 sind in einer Doppelschwinge 42 aufgenommen, die drehfest auf einer Ausgleichswelle 35 gelagert ist. Mit der Ausgleichswelle 35 ist außerdem eine Ausgleichsdrehmasse 36 verbunden.
• Die Ausgleichskurvenscheibe 30, bzw. Hauptausgleichkurvenscheibe 31/Nebenausgleichskurvenscheibe 32 und die durch die Kurvenrollen 33, 34 in Wirkverbindung stehende Doppelschwinge 42 bilden mit der Ausgleichdrehmasse 36 ein Momentenausgleichsgetriebe 37.
• Die durch die Schwinganlage 22 zu realisierende Bewegungsaufgabe ist im Ausführungsbeispiel gem. 3 so gewählt, dass der Antriebsmomentenverlauf, gemessen an der Anlegtrommelwelle 10, spiegelsymmetrisch zu einem Drehwinkel φ = 180° der als Eintourenwelle ausgebildeten Anlegtrommelwelle 10, ausgebildet ist, wobei der Bewegungsverlauf in vier Bereiche, die sich jeweils über 90° erstrecken, unterteilt ist. Es ist aber auch jeder andere Bewegungsverlauf und ein daraus resultierender Antriebsmomentenverlauf denkbar.
• Die auf einem Anlegtisch 38 ausgerichteten und in Ruhe befindlichen Bogen werden von Greifern 39 der Schwinganlage 22, die sich in einer Rastlage am Anlegtisch 38 befinden, erfasst. Bei einem Drehwinkel φ von ca. 10° wird die Schwinganlage 22 beschleunigt und bei φ = 90° der von der Schwinganlage 22 gehaltene Bogen an eine Bogenhalteeinrichtung 40 der Anlegtrommel 8 übergeben. Danach wird die Schwinganlage 22 verzögert, durchläuft bei φ = 180° einen Umkehrpunkt, wird erneut beschleunigt und bei φ = 270° beginnend verzögert, sodass die Schwinganlage 22 bei etwa φ = 350° in ihre Rastlage am Anlegtisch 38 zur Übernahme eines Folgebogens gelangt. Zu diesem Antriebsmomentenverlauf ist ein durch das Momentenausgleichsgetriebe 37 zu realisierendes Ausgleichsmoment zu ermitteln, welches einen derartigen Verlauf aufweist, dass die Summe des Antriebsmomentes und des Ausgleichsmomentes einen sinusförmigen Verlauf mit der Periode φ = 360° aufweist und bei der Übergabe der Bogen an die Anlegtrommel 8 ein geringfügiges Verspannmoment wirkt.
• Dazu wird von den allgemeinen Zusammenhängen ausgegangen, dass das Antriebsdrehmoment des aus Antriebskurvenscheibe 19 bzw. Hauptantriebskurvenscheibe 20/Nebenantriebskurvenscheibe 21 und mit den Kurvenrollen 23, 24 versehenen Doppelrollenhebel 25 bestehenden Antriebskurvengetriebes 41 $$\text{MKU}={\text{M}}_{\text{RH}}*\mathrm{\psi }\text{'}$$

  

  und $${\text{M}}_{\text{RH}}=\text{J*}\mathrm{\psi }\text{''}*{\left(2\mathrm{\pi }*\text{n}\right)}^2$$

  

  ist.
• Dabei sind J das reduzierte Massenträgheitsmoment der Schwinganlage 22, des Antriebskurvengetriebes 41 einschließlich von Koppel 27 und Lagerhebel 28 auf die Rollenhebelwelle 26 und n die Drehzahl. Unter ψ’ wird die 1. Ableitung und ψ” die 2. Ableitung von ψ nach φ verstanden.
• Als Bewegungsgesetz für das Momentenausgleichsgetriebe 37 wird ein Polynom mit einem Grad kleiner 13 gewählt. $$\mathrm{\Psi =}{\text{C}}_{\text{0}}+{\text{C}}_1*\mathrm{\phi +}{\text{C}}_2*{\mathrm{\phi }}^2+{\text{C}}_3*{\mathrm{\phi }}^3+\dots$$

  
• Damit folgt: $$\mathrm{\Psi }\text{'}={\text{C}}_1+2{\text{C}}_2*\mathrm{\phi +3}{\text{C}}_3*{\mathrm{\phi }}^2+\dots$$

  

  $$\mathrm{\Psi }\text{''}=2{\text{C}}_2+6{\text{C}}_3*\mathrm{\phi +}\dots$$

  
• Damit errechnet sich das Antriebsmoment des Antriebskurvengetriebes 41 letztlich zu $${\text{M}}_{\text{KU}}=\text{J}*\mathrm{\Psi }\text{'}*\mathrm{\Psi }\text{''}{\left(2\mathrm{\pi }*\text{n}\right)}^2$$

  

  bzw. $${\text{M}}_{\text{KU}}=\text{J*}\left({\text{C}}_1+2{\text{C}}_2*\mathrm{\phi +3}{\text{C}}_3*{\mathrm{\phi }}^2+\dots \right)*\left(2{\text{C}}_2+6{\text{C}}_3*\mathrm{\phi +}\dots \right)*{\left(2\mathrm{\pi }\text{*n}\right)}^2$$

  
• Der qualitative und quantitative Verlauf des Antriebsmomentes ist unter Kenntnis der Schwingerbewegung mit bekannten Methoden bestimmbar. Dieses negierte Antriebsdrehmoment der Schwinganlage 22 einschließlich des Antriebskurvengetriebes 41 und dessen Zuordnung zur Schwingerwelle 29 wird mit -M_SK bezeichnet.
• Damit ist $${\text{M}}_{\text{KU}}=-{\text{M}}_{\text{SK}}$$

  
• Die Koeffizienten lassen sich nicht direkt aus den gegebenen diskreten Werten von M_SK für den Gesamtverlauf aus dem überbestimmten nichtlinearen Gleichungssystem ermitteln. Durch eine nichtlineare Optimierung unter Zugrundelegung der Randbedingungen
• - dass die Summe der Momente bei einer Bogenübernahme vom Anlegtisch 38 Null ist,
• - dass bei der Bogenübergabe an die Anlegtrommel 8 ein Verspannmoment realisiert ist und
• - dass der Anfang und das Ende des Kurvenverlaufs einen gleichen Hub aufweisen, können die Variablen I, C₁, C₂, C₃ ... bestimmt werden.
• Das Optimierungsziel ist, dass M_SK (φ) + M_KU (φ) sinusförmig verlaufen und noch ein geringes Verspannmoment bei der Übergabe der Bogen von der Schwinganlage 22 an die Anlegtrommel 8 auftritt und die Momentenspitzen, wie sie z. B. in 3 dargestellt sind, nicht auftreten.
• In 4 ist das Ergebnis einer derartigen nichtlinearen Optimierung gezeigt. Es ist dargestellt, dass der Antriebsmomentenverlauf mit einem durch das Momentenausgleichsgetriebe 37 initiierten Ausgleichsmomentenverlauf (gestrichelte Darstellung) derart überlagert wird, dass die Summe der beiden Momentenverläufe sinusartig verläuft, so dass im Bereich der Bogenübergabe an die Anlegtrommel 8 ein Maximum und ein Nullpunkt bei Beginn der Bewegung sowie ein weiterer Nullpunkt im Bereich der Bewegungsumkehr der Schwinganlage 22 auftritt.
• Bezugszeichenliste

1

Anlagedruckwerk

2

Druckzylinder

3

Gummizylinder

4

Plattenzylinder

5

Druckzylinderrad

6

Gummizylinderrad

7

Plattenzylinderrad

8

Anlegtrommel

9

Anlegtrommelrad

10

Anlegtrommelwelle

11

Eintriebsrad

12

Druckzylinderwelle

13

Schnecke

14

Antriebswelle

15

Riementrieb

16

Hauptmotor

17

Übergabezylinder

18

Übergabezylinderrad

19

Antriebskurvenscheibe

20

Hauptantriebskurvenscheibe

21

Nebenantriebskurvenscheibe

22

Schwinganlage

23

Hauptkurvenrolle

24

Nebenkurvenrolle

25

Doppelrollenhebel

26

Rollenhebelwelle

27

Koppel

28

Lagerhebel

29

Schwingerwelle

30

Ausgleichskurvenscheibe

31

Hauptausgleichskurvenscheibe

32

Nebenausgleichskurvenscheibe

33

Erste Kurvenrolle

34

Zweite Kurvenrolle

35

Ausgleichswelle

36

Ausgleichsdrehmasse

37

Momentenausgleichsgetriebe

38

Anlegtisch

39

Greifer

40

Bogenhalteeinrichtung

41

Antriebskurvengetriebe

42

Doppelschwinge

φ

Drehwinkel

ψ

Schwenkwinkel

Claims (6)

1. Antrieb einer Schwinganlage, die Bogen zu einer Anlegtrommel (8) transportiert, welche gemeinsam mit mindestens einer Antriebskurvenscheibe (19) und mit mindestens einer ein Momentenausgleichsgetriebe (37) steuernden Ausgleichskurvenscheibe (30) auf einer Anlegtrommelwelle (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Ausgleichskurvenscheibe (30) aufgeprägtes Bewegungsgesetz derart ausgebildet ist, - dass die Summe des Antriebsmomentes der Schwinganlage (22) und des durch das Momentenausgleichsgetriebe (37) initiierten Ausgleichsmomentes einen alternierenden, mit einem positiven und einem negativen Bereich versehenen Verlauf mit der Periode 360° einer Eintourenwelle aufweist und - bei der Bogenübergabe an die Anlegtrommel (8) ein geringfügiges Verspannmoment wirkt.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Summe einen Nullpunkt bei Beginn der Bewegung und einen weiteren Nullpunkt im Bereich der Bewegungsumkehr der Schwinganlage (22) aufweist.
3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe einen sinusförmigen Verlauf aufweist.
4. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Ausgleichskurvenscheibe (30) aufgebrachte Bewegungsgesetz durch ein mittels nichtlinearer Optimierung unter Zugrundelegung der Randbedingungen, - dass die Summe der Momente bei einer Bogenübernahme vom Anlegtisch (38) Null ist, - dass bei der Bogenübergabe an die Anlegtrommel (8) ein Verspannmoment realisiert ist und - dass der Anfang und das Ende des Kurvenverlaufs einen gleichen Hub aufweisen, angepasstes Polynom realisiert ist.
5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polynom n-ten Grades vorgesehen ist.
6. Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polynom bis zum 13. Grad Verwendung findet.

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