[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung
der Bahnspannung in einer Rollenrotationsdruckmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
[0002] In Rollendruckmaschinen wird eine fortlaufende Materialbahn, z. B. eine Papierbahn,
bedruckt. Während des Druckvorgangs wirken verschiedene Druckwerkszylinder auf die
Bahn und übertragen Farbe auf diese. In einer die Bahn beidseitig bedruckenden Vierfarben-Offsetdruckmaschine
bilden z. B. vier Gummituchzylinderpaare Druckspalte, durch welche die Bahn geführt
wird. Dabei kontaktieren die Gummituchzylinder die Bahn und belegen beide Seiten der
Bahn mit Farbe.
[0003] Während des Anfahrens und Abstellens der Druckmaschine bzw. während eines Plattenwechsels
soll die Druckmaschine häufig auch in einem nichtdruckenden Betriebszustand laufen,
bei dem die die Bahn kontaktierenden Druckwerkszylinder in Druckabstellung gebracht
werden, so dass die Bahn nicht bedruckt wird. Die Gummituchzylinder in einem Druckwerk
einer Rollenrotationsoffsetdruckmaschine können beispielsweise voneinander abgestellt
werden, so dass keine Farbe auf die Bahn aufgetragen wird, während diese weiterhin
durch das Druckwerk läuft.
[0004] Wenn der Druckvorgang in der Druckmaschine wieder aufgenommen bzw. begonnen wird,
verändert sich aufgrund des Farb- und Feuchtmittelauftrags die Spannung in der Bahn
auf ihrem Weg durch die Druckspalte in den Druckwerken. Durch den Auftrag der Farbe
und des Feuchtmittels verändert sich beispielsweise das Elastizitätsmodul der Bahn.
Diese Spannungsveränderungen in der Bahn können Wellen- und Faltenbildung in der Bahn
und eine erhöhte Anfälligkeit der Bahn für Defekte verursachen, was häufig zu Bahnrissen
führt. Aufgrund der zum Wiedereinziehen der Bahn in die Druckmaschine benötigten Zeit
verursachen Bahnrisse erhöhte Stillstandszeiten der Druckmaschine. Fig. 1 zeigt ein
Schaubild, das die Änderungen der Bahnspannung in einer Rollendruckmaschine des Standes
der Technik in Pounds pro linearem Inch (pli) in Abhängigkeit von der Zeit darstellt.
Wie der Graph 1 zeigt, wird die Bahnspannung am Bahneinzug beispielsweise mittels
einer Tänzerwalze und/oder eines PID-Reglers (Proportional-, Integral- und Differential-Regler)
konstant gehalten. Bei Druckbeistellung in der Druckmaschine, was im Schaubild bei
etwa 4 Minuten eingezeichnet ist, fällt die Bahnspannung aufgrund des Feuchtmittel-
und Farbauftrags sowie aufgrund der Wirkung des Druckspalts auf die Bahn nach den
Druckwerken deutlich ab. Die Bahnspannung von den Druckwerken bis zu einem ersten
Zugwalzenspalt in einem Kühlaggregat ist beispielsweise durch den Pfeil 2 angedeutet,
die Bahnspannung vom letzten Kühlwalzenspalt bis zu einer Längsschneideeinheit durch
den Pfeil 3 und die Bahnspannung von der Längsschneideeinheit bis zu einem Falzapparat,
in dem die Bahn in Signaturen geschnitten wird, durch den Pfeil 4. Es wird deutlich
dass bei Druckbeistellung die Bahnspannung sprunghaft abfällt, wenn die Bahn durch
die den Druckwerken nachgeordneten Abschnitte der Druckmaschine geführt wird.
[0005] Es sind bereits aktive Bahnspannungsregler bekannt, z. B. der Bardac SP 1070PID-Regler
zur Steuerung eines Arms einer Tänzerwalze. Die Bahnspannung wird über eine PID-Regler
durch Veränderung der auf den Arm wirkenden Kraft bewirkt. Die Spannungsregler wurden
jedoch bisher nicht dazu eingesetzt, vorübergehende Ereignisse, z. B. kurzzeitige
Druckbeistellung oder Druckabstellung, zu kompensieren, da die aktive Bahnspannungsregelung
in den den Druckwerken nachgeordneten Abschnitten der Druckmaschine in Reaktion auf
derartige Ereignisse zu unakzeptablen Veränderungen in der Position der Bilder bezüglich
einer Schnittkante der entstehenden Signaturen führen würde.
[0006] In der US 4,838,498 ist ein System zur Regelung des Bahneinzugs von einem Rollenstand
in ein Druckwerk einer Rollenrotationsdruckmaschine offenbart, das ein Tänzerwalzenmittel
umfasst. In der US 5,791,541 ist ein Spannungsregler zum Regeln der Spannung einer
laufenden Papierbahn in einer Rotationsdruckmaschine beschrieben, der eine Pendelwalzeneinheit
umfasst. Beide Patente befassen sich mit der Regelung der durch Geschwindigkeitsänderungen
im Einzug hervorgerufenen Spannung und beschäftigen sich nicht mit den durch Veränderungen
der Bahnspannung aufgrund des Feuchtmittel- und Farbauftrags verursachten Problemen.
[0007] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, beim Umschalten der Druckmaschine
vom nichtdruckenden Betrieb in den Druckbetrieb in der gesamten Druckmaschine einschließlich
der den Druckwerken nachgeordneten Abschnitte eine stabile Bahnspannung zu erreichen.
[0008] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern der Bahnspannung in einer Druckmaschine,
die einen Einzug oder ein Einzugswerk, Druckwerke und einen Falzapparat umfasst, sieht
vor, dass die Einzugsspannung der Bahn zwischen dem Einzug und den Druckwerken erhöht
wird, wenn die Druckwerke vom nichtdruckenden Betrieb in den Druckbetrieb umgeschaltet
werden, und dass die Einzugsspannung in der Bahn reduziert wird, wenn die Druckwerke
vom Druckbetrieb in den nichtdruckenden Betrieb umgeschaltet werden.
[0010] Durch Erhöhen und Reduzieren der Einzugsspannung beim Umschalten zwischen nichtdruckendem
Betrieb und Druckbetrieb der Druckwerke kann die Bahnspannung in den den Druckwerken
nachgeordneten Abschnitten der Druckmaschine auf konstanterem Niveau gehalten werden,
so dass die Gefahr von Bahnrissen und Beschädigungen der Druckprodukte reduziert wird.
Die Spannungsänderung im Einzug beeinträchtigt den Druckbetrieb in geringerem Maße
und birgt auch nur ein geringeres Bahnriss-Risiko, da noch kein Farb- und Feuchtmittelauftrag
stattgefunden hat.
[0011] Die vorliegende Erfindung sieht weiterhin vorzugsweise vor, dass die Bahnspannung
nach den Druckwerken, d. h. in Bahnlaufrichtung hinter den Druckwerken, im Wesentlichen
konstant gehalten wird.
[0012] Das Spannungsniveau wird vorzugsweise mittels eines PLC (Programmable Logic Controller)
gesteuert, der über ein LAN (Local Area Network) mit den verschiedenen Abschnitten
der Druckmaschine verbunden ist. Die Bahnspannungssteuerung kann beispielsweise über
Tänzerwalzen erfolgen, wie in der US 4,838,498 und der US 5,791,541 beschrieben ist,
oder aber auch durch Steuerung der Geschwindigkeit verschiedener Walzen, z. B. der
einen Bahnführungsspalt bildenden Walzen, mittels einer Antriebssteuerung. Zur Einstellung
der Bahnspannung in den verschiedenen Bahnabschnitten werden PID-Steueralgorithmen
des PLC eingesetzt, wobei Informationen über das LAN übertragen werden. Der PLC kann
über eine externe Steuerungseinheit gesteuert werden, z. B. über einen RS 232 Bus.
Bei der externen Steuerungseinheit kann es sich beispielsweise um einen Pentium-PC
handeln.
[0013] Die Druckmaschine umfasst vorzugsweise ein Kühlaggregat zum Kühlen der Materialbahn
nach dem Passieren des Trockners. Nach dem Verlassen der Druckwerke kontaktiert die
Bahn demgemäß als erstes einen Zugwalzenspalt im Kühlaggregat und definiert so einen
Abschnitt zwischen den Druckwerken und dem Kühlaggregat. Anschließend wird die Bahn
beispielsweise über Kühlwalzen einem Längsschneider zugeführt, der ebenfalls einen
Zugwalzenspalt umfasst, so dass ein Abschnitt zwischen dem Kühlaggregat und dem Längsschneider
definiert wird. Zwischen dem Längsschneider und dem Falzapparat, der ein Schneidwerk
umfasst, ist ein weiterer Abschnitt definiert. Wenn kein Längsschneider vorgesehen
ist, gibt es einen Abschnitt zwischen dem Kühlaggregat und dem Längsschneider.
[0014] Durch die vorliegende Erfindung kann die Spannung in jedem der definierten Abschnitte
der Druckmaschine eingestellt und sogar beim Umschalten zwischen dem Druckbetrieb
und dem nichtdruckenden Betrieb eine stabile Bahnspannung nach den Druckwerken erreicht
werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Bahnspannung nach den Druckwerken
im nichtdruckenden Betrieb und im Druckbetrieb vorzugsweise im Wesentlichen gleich
gehalten. "Im Wesentlichen gleich" bedeutet hier in Bezug auf die Bahnspannung, dass
diese sich nicht stärker ändert als im Falle von geringfügigen Störungen, z. B. beim
Rollenwechsel oder während eines Waschvorgangs.
[0015] Eine erfindungsgemäße Rollendruckmaschine umfasst einen Einzug zum Einziehen einer
zu bedruckenden Materialbahn, mindestens ein Druckwerk zum Bedrucken der Materialbahn,
einen Falzapparat, in dem die Materialbahn in Signaturen geschnitten wird, und eine
Steuerungseinheit zur Steuerung der Bahnspannung zwischen dem Einzug und den Druckwerken
und zwischen den Druckwerken und dem Falzapparat. Das mindestens eine Druckwerk ist
im Druckbetrieb und im nichtdruckenden Betrieb betreibbar, und die Steuerungseinheit
steuert die Bahnspannung zwischen dem Einzug und dem mindestens einen Druckwerk in
Abhängigkeit vom Umschalten zwischen dem Druckbetrieb und dem nichtdruckenden Betrieb.
[0016] Die Rollenrotationsdruckmaschine umfasst weiterhin vorzugsweise ein Kühlaggregat
und einen Längsschneider, die zwischen den Druckwerken und dem Falzapparat angeordnet
sind. Zur Steuerung und Einstellung der Spannung in jedem Abschnitt der Druckmaschine
vom Einzug bis zum Falzapparat kann ein LAN vorgesehen sein. Die Steuerung kann mittels
Tänzerwalzen oder durch Steuerung der Geschwindigkeit am Einzug und an den verschiedenen
Zugwalzenspalten in der Druckmaschine erfolgen. Die Druckspalte werden in der Regel
auf Bahngeschwindigkeit eingestellt und werden nicht notwendigerweise über die Steuerungseinheit
gesteuert.
[0017] Bei der Steuerungseinheit handelt es sich vorzugsweise um einen PLC, der wiederum
von einer externen Steuerungseinheit gesteuert wird. Der Steuerungseinheit können
Daten bezüglich der Spannung in den verschiedenen Bahnabschnitten und dem Betriebsstatus
der Druckwerke zugeführt werden.
[0018] Die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen in Zusammenhang mit den beigefügten, nachfolgend aufgeführten Zeichnungen
näher erläutert.
Es zeigen:
[0019]
- Fig. 1
- ein Schaubild der Bahnspannung in verschiedenen Abschnitten einer Druckmaschine des
Stands der Technik;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Druckmaschine; und
- Fig. 3
- ein Schaubild der Bahnspannung in einer erfindungsgemäßen Druckmaschine.
[0020] Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Druckmaschine 10.
In einem Rollenstand oder Einzug 12 werden eine erste Bahn 8 und eine zweite Bahn
9 bereitgestellt. Die erste Bahn 8 wird durch eine erste Druckwerksgruppe 14 und die
zweite Bahn 9 durch eine zweite Druckwerksgruppe 16 geführt. In jeder Druckwerksgruppe
14, 16 kann die Bahn mit einem Vierfarbenbild bedruckt werden, und jedes der Druckwerke
ist vorzugsweise als ein Offset-Druckwerk mit einem Gummituchzylinder und einem Plattenzylinder
ausgebildet. Anschließend werden die Bahnen 8, 9 jeweils durch einen Trockner 20 bzw.
30 geführt, den die Bahn in der Regel kontaktlos passiert und in dem die Bahn unter
Wärmeeinwirkung getrocknet wird. Danach werden die Bahnen 8, 9 jeweils in ein Kühlaggregat
22 bzw. 32 mit einem Eintritts-Walzenspalt und einer Austrittswalze geführt.
[0021] Die nächste Bearbeitungsstation der Bahnen 8, 9 ist ein Längsschneider 34, in dem
die Bahnen teilweise geschnitten werden können, aber immer einen Längsschneidespalt
passieren. Anschließend können die Bahnen 8, 9 zusammengeführt und in einem Falzapparat
36 in Signaturen geschnitten werden.
[0022] Die Druckmaschine umfasst weiterhin einen PLC 50, der mit einem LAN 40 verbunden
ist. Ferner kann eine Antriebssteuerungseinheit 52 vorgesehen sein, welche die Geschwindigkeit
regelt, mit der die Bahn durch das Kühlaggregat geführt wird. Der PLC 50 kann von
einer externen Steuerungseinheit 60, z. B. einem PC, gesteuert und programmiert werden.
[0023] Obgleich in der beschriebenen Druckmaschine zwei Bahnen bedruckt werden, kann die
vorliegende Erfindung ebenso gut auch in einer Druckmaschine eingesetzt werden, in
der nur eine Materialbahn bedruckt wird.
[0024] Fig. 2 zeigt Beispielwerte für die gewünschte Bahnspannung in verschiedenen Abschnitten
der Druckmaschine 10 während des Druckbetriebs. Zwischen dem Einzug 12 und den Druckwerken
14, 16 kann z. B. eine Bahnspannung von 3-4 pli gewünscht sein, während die gewünschte
Bahnspannung zwischen der jeweiligen Druckwerksgruppe 14, 16 und den Kühlaggregaten
22 bzw. 32 beispielsweise 2-3 pli und zwischen den Kühlaggregaten 22, 32 und dem Falzapparat
1,5 -2 pli beträgt, wobei 1 pli gleich 173 N/m ist.
[0025] Die Bahnspannung kann mittels über das LAN 40 gesteuerten Tänzerwalzen und/oder mittels
über das LAN 40 gesteuerte Antriebsspalte oder Klemmspalte von Zugwalzenpaaren eingestellt
werden. Wie bereits bekannt ist, kann durch Steuerung der Antriebsspalte oder durch
Verstellen der Tänzerwalzen die Bahnspannung sowohl im Druckbetrieb als auch im nichtdruckenden
Betrieb der Druckmaschine gesteuert werden. Der Einsatz von PID-Regler-Algorithmen
ist hierzu besonders vorteilhaft.
[0026] Die gewünschte Bahnspannung ist abhängig von der Art der Druckmaschine und der Art
des Bedruckstoffs.
[0027] Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann die Bahnspannung im nichtdruckenden Betrieb der Druckmaschine
mittels des PLC in verschiedenen Abschnitten der Druckmaschine eingestellt werden.
Im Abschnitt zwischen der Längsschneideeinheit und dem Falzapparat kann z. B. eine
Spannung von 1,4 pli eingestellt werden, wie der Graph 71 andeutet, im Abschnitt zwischen
dem Kühlaggregat und dem Falzapparat eine Spannung von 1,7 pli, wie der Graph 72 anzeigt,
und im Eintrittsbereich der Kühlaggregate eine Spannung von 2,5 pli, wie die Graphen
73 und 74 andeuten, die im nichtdruckenden Zustand der Druckmaschine konvergieren,
da die Druckspalte nicht aktiv sind.
[0028] Wenn die Steuerungseinheit 50 ein Signal empfängt, das ein Umschalten vom nichtdruckenden
Betrieb in den Druckbetrieb einleitet, sendet die Steuerungseinheit 50 ein Impulssignal
an den Einzug 12, der eine Tänzerwalze umfassen kann, um die Einzugsspannung von 2,5
pli auf etwa 4,0 pli zu erhöhen, wie der Graph 74 andeutet. Durch diesen Impuls und
den damit verbundenen plötzlichen Spannungsanstieg wird der aufgrund des Feuchtmittel-
und Farbauftrags entstehende Spannungsabfall kompensiert, so dass die Bahnspannung
in den den Druckwerken nachgeordneten Abschnitten der Druckmaschine relativ stabil
bleibt, wie die Graphen 71, 72 und 73 zeigen. Der tatsächlich gewünschte Spannungsanstieg
kann in Abhängigkeit von der Druckgeschwindigkeit, der Art der Druckmaschine und dem
Bedruckstoff variieren und kann teilweise oder vollständig aufgrund von Erfahrungswerten
im Voraus bestimmt oder aber auch durch Vorhersage-Verfahren festgelegt werden.
[0029] Die Bahnspannung in den den Druckwerken nachgeordneten Abschnitten kann gegebenenfalls
mittels des PLC geringfügig verändert werde, um die Bahnspannung zu erhalten. Größere
Veränderungen der Bahnspannung während des Druckvorgangs sind jedoch unerwünscht,
da sie die Qualität des Druck- und Schneidevorgangs beeinträchtigen.
[0030] Wenn die Druckwerke wieder in den nichtdruckenden Zustand umgeschaltet werden, wird
die Bahnspannung im Abschnitt zwischen dem Einzug und den Druckwerken wieder reduziert,
so dass die Bahn in den den Druckwerken nachgeordneten Abschnitten im allgemeinen
von der Beendigung des Druckbetriebs nicht beeinträchtigt wird.
[0031] Die vorliegende Erfindung bietet betriebstechnische Vorteile für eine Druckmaschine,
da die den Druckwerken nachgeordneten Abschnitte, in denen bisher häufig Bahnrisse
und Beschädigungen auftraten, eine stabilere Umgebung bieten.
[0032] In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Bahnspannung im Einzug durch Veränderung
eines Spannungs-Sollwerts in Abhängigkeit von der Druckgeschwindigkeit gesteuert,
die einen Input oder Eingabewert für den PLC darstellt. Der Bereich zwischen den Kühlwalzen
und dem Falzapparat wird vorzugsweise mittels eines PID-Regler-Algorithmus gesteuert
bzw. geregelt, wobei die Spannung des Abschnitts den Eingabewert und der Zuwachs im
Bereich der Kühlwalzen (sog. Gain) den Ausgabewert oder Output bildet. Die Spannung
als solches kann z. B. durch Beschleunigen oder Abbremsen eines Antriebsmotors der
Kühlwalzen reguliert werden. Das sequenzielle Abstimmen der Zugwalzen in unterschiedlichen
Abschnitten der Druckmaschine, das z. B. durch eine sequenzielle Zunahme des Zuwachses
von Zugwalzenpaar zu Zugwalzenpaar erfolgen kann, kann ebenfalls gesteuert werden,
um die Spannungsregelung zu optimieren. So kann z. B. durch Anstellen der Zugwalzen
im Kühlabschnitt die Reaktion auf Veränderungen des Zuwachses (der Bahnspannung) im
Kühlabschnitt erhöht werden. Der PLC kann z. B. An- und Abstellbefehle an die Zugwalzen
sowie Kühlungsverstärkungsbefehle und/oder Spannungs-Sollwertbefehle geben.
Liste der Bezugszeichen
[0033]
- 1
- Graph
- 2
- Pfeil
- 3
- Pfeil
- 4
- Pfeil
- 8
- Bahn
- 9
- Bahn
- 10
- Druckmaschine
- 12
- Einzug
- 14
- erste Druckwerksgruppe
- 16
- zweite Druckwerksgruppe
- 20
- Trockner
- 22
- Kühlaggregat
- 30
- Trockner
- 32
- Kühlaggregat
- 34
- Längsschneider
- 36
- Falzapparat
- 40
- LAN
- 50
- PLC
- 52
- Antriebsteuerungseinheit
- 60
- externe Steuerungseinheit
- 71
- Graph
- 72
- Graph
- 73
- Graph
- 74
- Graph
1. Verfahren zur Regelung der Bahnspannung in einer Druckmaschine, die einen Einzug (12),
Druckwerke (14, 16) und einen Falzapparat (36) umfasst,
gekennzeichnet durch
die folgenden Verfahrensschritte:
Erhöhen der Einzugsspannung in der Bahn (8, 9) zwischen dem Einzug (12) und den Druckwerken
(14, 16), wenn die Druckwerke (14, 16) vom nichtdruckenden Betrieb in den Druckbetrieb
umgeschaltet werden, und
Reduzieren der Einzugsspannung in der Bahn (8, 9), wenn die Druckwerke (14, 16) vom
Druckbetrieb in den nichtdruckenden Betrieb umgeschaltet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einzugsspannung in der Weise erhöht wird, dass beim Umschalten vom Druckbetrieb
in den nichtdruckenden Betrieb in der Bahn (8, 9) in Bahnlaufrichtung gesehen hinter
den Druckwerken (14, 16) eine im Wesentlichen ähnliche Spannung aufrecht erhalten
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spannung mittels eines PLC (50) gesteuert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der PLC (50) mit einem LAN (40) verbunden ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bahnspannung hinter den Druckwerken (14, 16) mittels des PLC (50) in der Weise
gesteuert wird, dass während des Umschaltens vom Druckbetrieb in den nichtdruckenden
Betrieb eine im Wesentlichen ähnliche Spannung in der Bahn (8, 9) aufrecht erhalten
wird.
6. Rollenrotationsdruckmaschine mit einem Einzug (12) zum Einziehen einer zu bedruckenden
Materialbahn (8, 9), mit mindestens einem Druckwerk (14, 16) zum Bedrucken der Bahn
(8, 9), das im Druckbetrieb und im nichtdruckenden Betrieb betreibbar ist, mit einem
Falzapparat (36), in dem die Bahn (8, 9) in Signaturen geschnitten wird, und einer
Steuerungseinheit (50) zum Steuern der Bahnspannung zwischen dem Einzug (12) und dem
Druckwerk (14, 16) sowie stromabwärts des Druckwerks (14, 16),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerungseinheit (50) die Spannung zwischen dem Einzug (12) und dem Druckwerk
(14, 16) in Abhängigkeit von einem Übergang zwischen dem Druckbetrieb und dem nichtdruckenden
Betrieb steuert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch
ein Kühlaggregat (32) und einen Längsschneider (34), die zwischen den Druckwerken
(14, 16) und dem Falzapparat (36) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
gekennzeichnet durch
ein LAN (40), das mit der Steuerungseinheit (50) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerungseinheit (50) ein PLC ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerungseinheit (50) Eingaben bezüglich des Druckbetriebs und der Druckgeschwindigkeit
erhält.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rollendruckmaschine eine Offset-Rollendruckmaschine ist.