DE19704702A1 - Elimination von Lose-Effekten in Druckmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Elimination von Lose-Effekten in Druckmaschinen mit Hilfe verspannter Antriebe.

Bei Druckmaschinen stellt sich verstärkt das Problem, das in dem in der Regel einer Druckmaschine zugrundeliegenden Wal­ zensystem starke Lose-Effekte auftreten, welche unerwünscht sind. Solche Lose-Effekte, die sich z. B. im Laufe der Be­ triebszeit in Form eines Spieles zwischen den einzelnen Wal­ zen eines Walzensystemes oder zwischen den Zahnrädern eines angeschlossenen Getriebes einstellen, kommt es gerade in Kip­ punkten zu einem hystereseartigen Verlauf der Maschinenach­ sen. Dies hat ein Abweichen der tatsächlichen Drehzahl-Ist­ werte von den Drehzahl-Sollwerten zur Folge. Aufgrund der er­ forderlichen hohen Genauigkeit bei Druckmaschinen (z. B. bei Offset-Bogendruckmaschinen, müssen mehrere Strukturen unter­ schiedlicher Farbe positionsgenau übereinander gedruckt wer­ den) ist man bestrebt, aufgrund von Lose-Effekten auftretende Druckungenauigkeiten zu vermeiden.

Herkömmlicherweise wurde dieses Problem der Lose-Effekte bei­ spielsweise durch das Vorsehen einer sogenannten Königswelle für die am Offset-Druckvorgang beteiligten Druckwerke teil­ weise verringert. Eine andere bekannte Möglichkeit, Lose-Effekte zu verringern, besteht darin, daß ein Räderzug im Druckwerk zum Antrieb aller Walzen vom Transferter bis zum Farbwerk vorgesehen ist.

Beide Varianten können das Problem der Lose-Effekte jedoch nur verringern und haben zur Folge, daß erhebliche zusätzli­ che Kosten aufgrund der damit verbundenen erforderlichen Prä­ zisionsmechanik des Druckwerks entstehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die genann­ ten Lose-Effekte in Druckmaschinen auf eine Art und Weise zu eliminieren, daß der Einsatz von Präzisionsmechanik im Druck­ werk reduziert werden kann und so die Herstellungskosten re­ duziert werden können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch die Verwendung von elektrisch gegenseitig verspannten Antrieben zur Elimination von Lose-Effekten bei mit einem Walzensystem ausgestatteten Druckmaschinen gelöst.

Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die elektrische gegenseitige Verspannung der Antrie­ be lediglich im normalen Arbeitsbetrieb der Druckmaschine wirksam ist, während die Verspannung zum schnellen Beschleu­ nigen oder zum schnellen Abbremsen des Walzensystems aufgeho­ ben wird und die Antriebsleistung der Antriebe voll ausge­ nutzt wird.

Dadurch wird erreicht, daß die Druckmaschine mit maximaler Dynamik betrieben werden kann. Auch ist so gewährleistet, daß ein Stillsetzvorgang im Notfall ebenfalls mit maximaler Lei­ stung erfolgen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Er­ findung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehzahlregelung der elektrisch gegenseitig verspannten Antriebe als Schwer­ punkts- und Differenzregelung konfigurierbar ist.

Eine alternative vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehzahlrege­ lung der elektrisch gegenseitig verspannten Antriebe als Ein­ zelantriebsregelung mit Lastaufteilung konfigurierbar ist.

Besonders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung auch bei Bogendruckmaschinen anwendbar.

Analog dazu wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch eine Druckmaschine mit durch elektrisch gegenseitig verspann­ te Antriebe angetriebenem Walzensystem zur Elimination von Lose-Effekten dieses Walzensystems gelöst.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Druckmaschine ge­ mäß der vorliegenden Erfindung ist die elektrische gegensei­ tige Verspannung der Antriebe lediglich im normalen Arbeits­ betrieb der Druckmaschine aktivierbar, während die Verspan­ nung zum schnellen Beschleunigen oder zum schnellen Abbremsen des Walzensystemes deaktivierbar ist und so die Antriebslei­ stung der Antriebe voll nutzbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Druckmaschine be­ sitzt zur Drehzahlregelung der elektrisch gegenseitig ver­ spannten Antriebe eine Schwerpunkt- und Differenzregelung.

In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Druck­ maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Drehzahl­ regelung der elektrisch gegenseitig verspannten Antriebe über eine Einzelantriebsregelung mit Lastaufteilung erreichbar.

Besonders vorteilhaft kann eine solche Druckmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung als Bogendruckmaschine ausgestal­ tet sein.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Schilderung von vorteilhaf­ ten Ausführungsbeispielen und im Zusammenhang mit den Figu­ ren. Es zeigen:

Fig. 1 Schema einer Druckmaschine mit Walzensystem, welches mittels elektrisch gegeneinander verspannter Antriebe angetrieben wird,

Fig. 2 beispielhafte Verspannkennlinien für die Antriebe 1 und 2 aus Fig. 1,

Fig. 3 Blockschaltbild zum Bedämpfen der Differenzdrehzahl zwischen den Antrieben,

Fig. 4 Blockschaltbild zur Bedämpfung der elastisch angekop­ pelten Last und

Fig. 5 Blockschaltbild einer Einzelantriebsregelung mit Last­ aufteilung.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist schematisch eine Druckma­ schine mit einem Walzensystem W, welches beispielhaft aus drei Walzen besteht, gezeigt, welche über zwei Getriebe G1 und G2 angetrieben werden, wobei die Getriebe G1 und G2 durch elektrisch gegeneinander verkoppelte Antriebe A1 und A2 ange­ trieben werden. Auf diese Weise können die zwischen den ein­ zelnen Walzen W, zwischen einer Walze und ein Getriebe G1 oder G2 sowie die innerhalb eines Getriebes G1 oder G2 vor­ handenen Lose-Effekte eliminiert werden.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 sind mögliche Verspannkennli­ nien für die in der Darstellung gemäß Fig. 1 gezeigten Antrie­ be A1 und A2 gezeigt. Die Kennlinie für den Antrieb A1 ist in Form einer durchgehenden Kurve, die Verspannkennlinie des An­ triebes A2 in Form einer unterbrochen dargestellten Kurve in einem Koordinatensystem aufgetragen, dessen Abszisse des Ge­ samtdrehmoment M^W _ges des Walzensystemes beschreibt und dessen Ordinate das Moment des jeweiligen Antriebes M^W ₁ bzw. M^W ₂ be­ schreibt. Der dabei entstehende Verlauf der Verspannungskenn­ linien V_A1 und V_A2 beschreibt in Gesamtbetrachtung einen hy­ stereseartigen Verlauf. Da - wie bereits eingangs geschildert - aufgrund der Lose-Effekte der Drehzahlverlauf ebenfalls hy­ stereseartig erfolgt, läßt sich so eine Kompensation der Lo­ se-Effekte herbeiführen.

Die Verspannung der Antriebssysteme (unter Antrieb kann so­ wohl ein einzelner Antrieb als auch eine Antriebsgruppe ver­ standen werden) erfolgt - wie aus der Darstellung gemäß Fig. 2 ersichtlich - derart, daß sie nur im normalen Betrieb wirksam ist. Bei einem Notfall (Stillsetzen erforderlich etc.) oder zum schnellen Beschleunigen steht daher die volle installier­ te Antriebsleistung zur Verfügung, da die einzelnen Antriebe A1 und A2 durch das Auflösen der elektrischen gegenseitigen Verspannung in die gleiche Richtung wirken und somit das durch die Antriebe verfügbare maximale Drehmoment nutzbar ist.

In den Darstellungen gemäß den Fig. 3 und 4 ist eine erste vorteilhafte Möglichkeit zur Drehzahlregelung der elektrisch gegeneinander verspannten Antriebe gezeigt, wobei der Ein­ fachheit halber ebenfalls von zwei Antrieben A1 und A2 ausge­ gangen wird. Die Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt dabei ein Blockschaltbild zum Bedämpfen der Differenzdrehzahl zwischen den Antrieben A1 und A2, welches durch senkrechtverlaufende unterbrochene Linien in einzelne Stufen aufgeteilt ist. In einer ersten Stufe 1 wird der Ausgang eines nicht gezeigten Drehzahlreglers an die Regelungsanordnung gemäß der Darstel­ lung nach Fig. 3 geführt und einer weiteren Stufe 2, hier ei­ ner Stufe zur elektrischen Verspannung, zugeleitet. Dabei ist im oberen Zweig die Verspannung für den Antrieb A1, im unte­ ren Zweig die Verspannung für den Antrieb A2 gezeigt. Die elektrische Verspannung erfolgt in Anlehnung an die in der Darstellung gemäß Fig. 2 gezeigte Verspannungskennlinie, wel­ che in Form eines Kreises jeweils für den entsprechenden An­ trieb durch die Darstellung der zugehörigen Verspannungskenn­ linie V_A1 bzw. V_A2 veranschaulicht ist. Die so gebildeten Aus­ gangswerte werden einer weiteren Stufe 3 zugeleitet, welche jeweils für jeden Antrieb den Stromregelkreis bereitstellt. Ausgangsseitig stehen die Ansteuersignale für die in der dar­ auffolgenden Stufe 4 gezeigten Antriebe A1 bzw. A2 bereit. Diese in der Stufe 4 gezeigten Antriebe sind jeweils mit ei­ nem Tachometer zur Bestimmung der tatsächlichen Drehzahl ver­ sehen.

In einer weiteren Stufe 5 erfolgt eine Differenzdrehzahlbe­ dämpfung, indem die Differenz der über den jeweiligen Tacho­ meter der Antriebe A1 bzw. A2 ermittelten Drehzahlen gebildet wird und diese Differenz über einen entsprechenden Regelkreis und eine entsprechende Kennlinie auf den Eingang des jeweili­ gen Stromreglers in der Stufe 3 zurückgeführt wird.

In dem in der Darstellung gemäß Fig. 3 gezeigten Ausführungs­ beispiel wird die Differenzdrehzahl ermittelt, indem die vom Antriebssystem A2 mit Hilfe des Tachos ermittelte Drehzahl von der für den Antrieb A1 ermittelten Drehzahl abgezogen wird. Dementsprechend wird die so ermittelte Differenz der Drehzahl auf den Stromregler für den Antrieb A2 positiv und auf den Stromregler für den Antrieb A1 negativ als Regelgröße zurückgeführt.

In der Darstellung gemäß der Fig. 4 ist ein weiteres Block­ schaltbild gezeigt, welches die Regelungsmaßnahmen zur Be­ dämpfung der elastisch angekoppelten Last in Form des Walzen­ systemes W darstellt. Das im vorangehenden beschriebene Blockschaltbild der Darstellung gemäß Fig. 3 ist in das Block­ schaltbild gemäß der Darstellung nach Fig. 4 in Form der mit 6 bezeichneten Teilstruktur einbezogen. Dieser ist der in der Darstellung gemäß Fig. 3 nicht gezeigte Drehzahlregler 7 vor­ geschaltet, welcher eingangsseitig durch die Differenz aus einem Lage-Sollwert als Führungsgröße und einem rückgeführten Lage-Istwert angesteuert wird.

Auf die der Regelungsstruktur zur Bedämpfung der Differenz­ drehzahl zwischen den Antrieben A1 und A2 entsprechenden Regelungsteilstruktur 6 folgend ist die gesamte Drehmasse 8 der Antriebe A1 und A2 gezeigt. Desweiteren sind die Drehmasse der Antriebslast, im vorliegenden Fall gemäß der Darstellung nach Fig. 1 das Walzensystem W und die entsprechenden Getriebe G1 und G2, gezeigt, welche mit 10 bezeichnet ist. Die Elasti­ zität zwischen den gezeigten Drehmassen 8 und 10 ist in Form einer Feder 9 veranschaulicht. Dies entspricht einer Verein­ fachung für das vorliegende Ausführungsbeispiel, da so ledig­ lich die Elastizität zwischen den Antrieben und dem Gesamtsy­ stem aus Walzen W und Getrieben G1 und G2 berücksichtigt wird. Darüber hinaus können selbstverständlich auch weitere Elastizitäten, z. B. zwischen einzelnen Walzen W bzw. zwischen Walzen und den Getrieben G1 bzw. G2, berücksichtigt werden.

Über je einen Regelkreis 11, wovon einer mit der Drehzahl der Drehmasse 8, der andere mit der Drehzahl der Drehmasse 10 be­ aufschlagt ist, erfolgt durch eine Differenzbildung der Aus­ gangssignale und eine anschließende Verstärkung mittels einer entsprechenden Verstärkungskennlinie eine Rückführung dieser so ermittelten Drehzahldifferenz auf den Eingang der Rege­ lungsteilstruktur 6, wie sie detailliert in der Darstellung gemäß Fig. 3 gezeigt ist. Auf diese Weise erfolgt eine zusätz­ liche Drehzahlglättung.

Durch die so erhaltene Drehzahlregelung in Form einer Schwer­ punkts- und Differenzregelung wird eine schärfere Regelung des Walzensystemes W erreicht, da die Elastomechanik von Ge­ samt- und Differenz-Regelung bei dieser Regelungsstruktur ge­ mäß den Darstellungen nach Fig. 3 und Fig. 4 voneinander ent­ koppelt ist.

In der Darstellung gemäß Fig. 5 ist eine alternative Ausge­ staltung für eine Drehzahlregelung einer Druckmaschine mit elektrisch gegeneinander verspannten Antrieben zum Antrieb eines Walzensystemes W gezeigt. Es handelt sich dabei um eine Einzelantriebsregelung mit Lastaufteilung, welche in der Dar­ stellung gemäß Fig. 5 wiederum beispielshaft für zwei Antriebe A1 und A2 gezeigt ist, wovon einer als Master-Antrieb, der andere als Slave-Antrieb fungiert. Eingangsseitig ist ein La­ ge-Sollwert 20 an die in der Darstellung gemäß Fig. 5 gezeigte Regelungsstruktur geführt. Von diesem wird ein rückgeführter Lage-Istwert ϕ_MASTER abgezogen und die Differenz über eine ent­ sprechende Gewichtungskennlinie einem ersten Lageregler 22 zugeführt. Dessen Ausgangssignal entspricht einem Drehzahl­ sollwert, von welchem wiederum ein entsprechend vorliegender Drehzahlistwert abgezogen wird und die Differenz einem weite­ ren Regler 23, einem Drehzahlregler, welcher vorzugsweise als PI-Regler ausgeprägt ist, zugeführt wird. Dieser stellt aus­ gangssseitig einen Stromsollwert bereit, welcher einem weite­ ren Stromregelkreis 24 zugeführt wird, der ausgangsseitig den Stromwert zur Ansteuerung eines Master-Antriebes 25 liefert. Von diesem Master-Antrieb 25 wird dessen Istdrehzahl auf den Eingang des Drehzahlreglers 23 negativ zurückgeführt. Aus dem gewonnenen Drehzahlistwert wird über ein Integrator 26 die tatsächliche Lage ϕ_MASTER ermittelt, welche als Regelgröße auf den Lagesollwert 20 zurückgeführt wird. Die Elastizität zwi­ schen einem Master-Antrieb 25 und einem Slave-Antrieb 33 ist in der Darstellung der Regelungsstruktur gemäß der Fig. 5 in Form einer veranschaulichenden Feder 34 dargestellt. Diesem Slave-Antrieb 33 ist ebenfalls ein Stromregelkreis 31 sowie vor letzteren ein Drehzahlregler 30 vorgeschaltet. Diese be­ sitzen den gleichen Aufbau wie die Elemente 23 und 24. Aus­ gangseitig am Slave-Antrieb 33 wird ebenfalls ein Drehzah­ listwert dieses Slave-Antriebes ermittelt und auf den Eingang des Drehzahlreglers 30 zurückgeführt. Aus dem Drehzahlistwert des Slaw-Antriebes 33 wird durch einen Integrator 32 ein tat­ sächlicher Lageistwert ϕ_SLAVE ermittelt. Aus dem ausgangssei­ tig bereitgestellten Stromsollwert des Drehzahlreglers 23 für den Master-Antrieb und dem ebenfalls ausgangsseitig bereitge­ stellten Stromsollwert des Drehzahlreglers 30 für den Slave-Antrieb wird eine Differenz gebildet, welche einem weiteren Regelglied 27 mit nachgeschaltetem Proportionalglied 28 zuge­ führt wird. Dieser Differenzwert wird zum einen negativ auf den Eingang des Lagereglers 22 für den Master-Antrieb zurück­ geführt.

Desweiteren wird dieser Differenzwert, welcher ausgangsseitig am Proportionalglied 28 bereitsteht, einem weiteren Lagereg­ ler 29 für den Slave-Antrieb positiv aufgeschaltet. Letzterer stellt ausgangsseitig Drehzahlsollwerte bereit, von welchen die am Slave-Antrieb 33 ermittelten Drehzahlistwerte abgezo­ gen werden, wodurch eine Differenzdrehzahl entsteht, welche zur Ansteuerung des Drehzahlreglers 30 dient. Die so erhalte­ ne Einzelantriebsregelung mit Lastaufteilung besitzt gegen­ über der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Schwerpunkts- und Dif­ ferenzregelung den Vorteil, daß sie vom Sicherheitskonzept und Redundanz-Konzept günstiger ist.

Claims (10)

1. Verwendung von elektrisch gegenseitig verspannten Antrie­ ben (A1, A2) zur Elimination von Lose-Effekten bei mit einem Walzensystem (W) ausgestatteten Druckmaschinen.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrische gegenseitige Verspan­ nung der Antriebe (A1, A2) lediglich im normalen Arbeitsbe­ trieb der Druckmaschine wirksam ist, während die Verspannung zum schnellen Beschleunigen oder zum schnellen Abbremsen des Walzensystems (W) aufgehoben wird und die Antriebsleistung der Antriebe (A1, A2) voll ausgenutzt wird.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Drehzahlregelung der elektrisch gegenseitig verspannten Antriebe (A1, A2) als Schwerpunkts- und Differenzregelung (1. . .11; Fig. 3; Fig. 4) konfigurierbar ist.

4. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Drehzahlregelung der elektrisch gegenseitig verspannten Antriebe (A1, A2) als Ein­ zelantriebsregelung mit Lastaufteilung (20. . .34; Fig. 5) konfigurierbar ist.

5. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche bei Bogendruckmaschinen.

6. Druckmaschine mit durch elektrisch gegenseitig verspannte Antriebe (A1, A2) angetriebenem Walzensystem (W) zur Elimina­ tion von Lose-Effekten dieses Walzensystems.

7. Druckmaschine nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrische gegenseitige Verspannung der Antriebe (A1, A2) lediglich im normalen Arbeitsbetrieb der Druckmaschine aktivierbar ist, während die Verspannung zum schnellen Beschleunigen oder zum schnellen Abbremsen des Walzensystems (W) deaktivierbar ist und so die Antriebsleistung der Antriebe (A1, A2) voll nutzbar ist.

8. Druckmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehzahlregelung der elektrisch gegenseitig verspannten Antriebe (A1, A2) eine Schwerpunkts- und Differenzregelung (1. . .11; Fig. 3; Fig. 4) vorgesehen ist.

9. Druckmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehzahlregelung der elektrisch gegenseitig verspannten Antriebe (A1, A2) eine Einzelantriebsregelung mit Lastaufteilung (20. . .34; Fig. 5) vorgesehen ist.

10. Bogendruckmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 9.