Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Druckmaschine, insbesondere einer Bogenoffsetdruckmaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Bogenoffsetdruckmaschinen werden die Zylinder der Druckwerke sowie die dem Bogentransport dienenden Zylinder und Trommeln über einen durchgehenden Räderzug angetrieben. In diesem Räderzug entstehen insbesondere bei einer hohen Anzahl von Druckwerken sehr große Lastmomente, die eine Torsion des Räderzuges zwischen den einzelnen Druckwerken bewirken.
Um lastabhängige Druckfehler der Druckmaschine zu verringern, ist gemäß der
Trotz der Leistungsüberwachung und -bewertung der Einzelantriebe kann es auf Grund der Elastizität und Trägheit des Räderzuges immer wieder zum Abheben der Zahnflanken der Zahnräder innerhalb des Räderzuges kommen, was zu Passerfehlem und zum Doublieren des Druckbildes auf dem zu bedruckenden Stoff führt.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben einer Druckmaschine zu schaffen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die tatsächliche Verdrehung im Räderwerk der Druckmaschine gemessen und zur Einstellung einer Vorspannung eines der Einzelantriebe gegenüber dem zweiten Einzelantrieb genutzt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass alle ineinander greifenden Zahnflanken der Zahnräder des Räderzuges gerade aneinander anliegen und somit immer eine minimale positive Last auf den Räderzug übertragen wird. Ein unnötig starkes Verspannen der Zahnräder gegeneinander wird zuverlässig vermieden und ein erhöhter Verschleiß im Zahnradgetriebe unterbunden.
In einer Ausgestaltung wird die Drehwinkeldifferenz des Räderzuges vor Beginn des Druckprozesses in Abhängigkeit eines vorgegebenen Betriebszustandes der Druckmaschine ermittelt und wenigstens der eine Einzelantrieb während des Druckprozesses um diese Drehwinkeldifferenz vorgespannt.
Vorteilhafterweise wird nach Einstellung des vorgegebenen Betriebszustandes der Druckmaschine der Räderzug durch wenigstens einen der beiden Einzelantriebe in eine vorgegebene Drehrichtung bewegt, wobei die Differenz der Drehwinkelstellung innerhalb des Räderzuges bestimmt wird, indem der Räderzug solange bewegt wird, bis bei mehrfacher Messung eine konstante Drehwinkeldifferenz ermittelt wird.
Durch diesen Initialisierungsvorgang wird automatisch für jeden Betriebsfall der Druckmaschine eine konstante Winkeldifferenz in Abhängigkeit von einem bestimmten Lastzustand der Druckmaschine erreicht. Der Lastzustand wird dabei insbesondere durch die Maschinendrehzahl der Druckmaschine, der Farbe in den Farbwerken und dem Druckzustand der Druckwerke charakterisiert. Für jede Belastungssituation der Druckmaschine ist somit einfach eine Vorspannung des Einzelantriebes ermittelbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Stellung des wenigstens einen lageregelbaren Einzelantriebes vor der Bewegung des Räderzuges und nach Erreichen der konstanten Drehwinkeldifferenz des Einzelantriebes ermittelt, wobei aus den beiden Stellungen eine Drehwinkeldifferenz des Einzelantriebes bestimmt wird, wobei aus der Summe der Drehwinkeldifferenz des Räderzuges und der Drehwinkeldifferenz des wenigstens einen Einzelantriebes die Verspannung ermittelt wird, um welche der Einzelantrieb während des Druckprozesses vorgespannt wird.
Auf Grund der Vorspannungseinstellung des wenigstens einen lageregelbaren Einzelantriebes kommt es infolge der Elastizität des Zahnradzuges sowie der vorliegenden Toleranzen zu einer definierten Verspannung des Räderzuges, bei welcher das Zahnflankenspiel des Räderzuges bei jeder Winkelstellung herausgefahren ist.
Die Genauigkeit der Verdrehungsvoreinstellung des Räderzuges wird verbessert, wenn eine zusätzliche Drehwinkeldifferenz eingestellt wird, welche aus einer vorgegebenen Betriebslast und /oder der Räderzugsteifigkeit ermittelt wird.
Erfindungsgemäß sind zwei einzeln beaufschlagbare Einzelantriebe mit einer Steuereinheit verbunden, wobei die Einzelantriebe an zwei verschiedenen Stellen der Druckmaschine in einen durchgehenden Räderzug einspeisen, welcher mit den Teileinheiten der Druckmaschine gekoppelt ist, wobei ein lageregelbarer Einzelantrieb durch die Steuereinheit mit einem Sollwert beaufschlagbar ist, wodurch der Räderzug zwischen den beiden Einzelantrieben um einen vorgegebenen Winkelbetrag vorspannbar ist. Zur Verbesserung der Zahnflankenanlage der Zahnräder des Räderzuges sind an zwei verschiedenen Positionen innerhalb des Räderzuges Lagesensoren angeordnet, die mit der Steuereinheit verbunden sind und der Winkelstellung des Räderzuges in diesen Positionen entsprechende Signale an die Steuereinheit liefern, welche in Abhängigkeit von diesen Winkelstellungen einen Lagesollwert bestimmt, mit welchem ein Einzelantrieb während des Druckprozesses beaufschlagbar ist.
In einer Ausgestaltung werden besonders genaue Ergebnisse über die Verdrehung des Räderwerkes erzielt, wenn die Winkelstellung zweier im Räderzug benachbart angeordneter Zahnräder detektiert wird, wobei jeder Lagesensor pro Zahnradumdrehung ein Signal abgibt, aus welchen die Steuereinheit bei vorgegebenen Betriebsbedingungen eine Drehwinkeldifferenz berechnet.
Der Spiel der Zahnflanken der Zahnräder wird sicher dann unterbunden, wenn die Steuereinheit den wenigstens einen Einzelantrieb mit einem Sollwert beaufschlagt, der aus der Drehwinkeldifferenz des Räderzuges und einer Drehwinkeldifferenz des Einzelantriebes ermittelbar ist.
Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, dass alle Komponenten der Druckmaschine nur von zwei Einzelantrieben gespeist werden, wobei jeder Einzelantrieb über den Räderzug eine vorgegebene Anzahl der Teileinheiten der Druckmaschine antreibt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Antrieb für einen Elektromotor einen eigenen, unabhängigen Drehzahlregelkreis besitzt. Diesen Drehzahlregelkreisen werden identische Drehzahl-Grundsollwerte zugeführt. Mit Ausnahme eines Leitantriebes erhält jeder Folgeantrieb einen weiteren Sollwert, den Drehzahl-Zusatzsollwert, der durch einen dem Folgeantrieb zugeordneten Differenzwinkelregler gebildet wird.
Als Istwert jedes dieser Differenzwinkelregler kann die aus den Istwinkeln des betreffenden Folgeantriebs und eines benachbarten Folgeantriebs gebildete Differenz oder die aus den Istwinkeln des betreffenden Folgeantriebs und des Leitantriebs gebildete Differenz herangezogen werden. Dabei muss der Leitantrieb nicht notwendigerweise dem betrachteten Folgeantrieb benachbart sein. Alternativ kann die Differenz der Istwinkel auch anhand einer Differenzbildung von Istdrehzahlen zweier Antriebe mit nachfolgender Integration zur Ermittlung eines Differenzwinkels realisiert werden. Auch hier können wahlweise die Istdrehzahlen des betreffenden und eines benachbarten Folgeantriebs oder des betreffenden Folgeantriebs und des Leitantriebs zur Differenzbildung herangezogen werden.
Das Regelungskonzept kann im Bedarfsfall um eine Strom- bzw. Drehmomentenvorsteuerung in jedem oder nur in einzelnen Regelkreisen erweitert werden. Dazu werden aus den Stellgrößen der Differenzwinkelregler Vorsteuerströme bzw. - drehmomente berechnet. Diese Vorsteuergrößen werden als Zusatzsollwerte den Strom- bzw. Drehmomentreglern der jeweiligen Folgeantriebe aufgeschaltet.
Basis für die Erfassung der Istgrößen (Istwinkel und/oder Istdrehzahlen) sind Absolutgeber (Winkelcodierer) oder inkrementell arbeitende Geber mit Referenzsignal zur Bestimmung der Absolutposition.
Zur Ermittlung von fest eingestellten Werten zur Sollwertvorgabe für die Differenzwinkelregler können im Räderzug an verschiedenen Positionen mindestens zwei Sensoren angeordnet sein, die in Abhängigkeit von variablen Betriebszuständen der Druckmaschine (z.B. abhängig von Drehzahl, Temperatur) Winkelinformationen liefern. Mit Hilfe einer Vielzahl von temporär variierten Soll-Differenzwinkeln können Basiswerte für die Differenzwinkeleinstellung der einzelnen Antriebsachsen relativ zueinander ermittelt und als statische Sollwertvorgabe in den Differenzwinkelreglern hinterlegt werden.
Die Ermittlung einer Sollwertvorgabe für die Differenzwinkelregler kann auch auf Basis von weiteren unterschiedlichen Grundlagen erfolgen, z. B.: durch weitere festeingestellte Werte oder durch beliebige Bewegungsgrößen (Winkelgeschwindigkeiten oder -beschleunigungen) oder durch Kraftgrößen (Antriebs- und Schnittmomente) oder durch elektrische Größen (Antriebsströme,- spannungen) sowie Kombinationen dieser Größen. Dadurch lässt sich eine dynamische Veränderung des Differenzwinkel-Sollwertes erreichen, um beispielsweise die Passerdifferenzen zwischen den einzelnen Druckwerken bei Maschinengeschwindigkeitsänderungen optimieren zu können.
Dadurch ergeben sich gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile:
Diesen Drehzahlregelkreisen werden identische Drehzahl-Grundsollwerte zugeführt. Mit Ausnahme eines Leitantriebes erhält jeder Folgeantrieb einen weiteren Sollwert, den Drehzahl-Zusatzsollwert, der durch einen dem Folgeantrieb zugeordneten Differenzwinkelregler gebildet wird.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
An zwei Stellen des Räderwerkes 8 greifen zwei lageregelbare Einzelantriebe 9 und 10 ein. Jeder lageregelbare Einzelantrieb 9 und 10 ist als Elektromotor ausgebildet, wobei der Einzelantrieb 9 die Teileinheiten 3 und 4 und der Einzelantrieb 10 die Teileinheiten 5 und 6 sowie den Ausleger 7 antreibt.
Ein Impulsgeber 11 ist gegenüberliegend der Welle 17 des Zahnrades 8d und ein weiterer Impulsgeber 12 ist gegenüber der Welle 16 des Zahnrades 8c angeordnet. Jede Welle 16 bzw. 17 weist einen Vorsprung 18 bzw. 19 auf.
Beide Impulsgeber 11, 12 sind so ausgebildet, dass sie in je einer genau definierten Winkelstellung der beiden Zahnräder 8c, 8d beim Vorbeilaufen des Vorsprungs 18 bzw. 19 je einen elektrischen Impuls pro Zahnradumdrehung ausgeben. In
Darüber hinaus ist die Steuereinheit 13 direkt mit den Einzelantrieben 9 und 10 verbunden und wirkt über jeweils ein Stellglied 14 bzw. 15 auf die Einzelantriebe 9 und 10 ein.
Im Betrieb der Druckmaschine greift die Steuereinheit 13 auf die Einzelantriebe 9 und 10 zu und erzwingt einen drehwinkelsynchronen Lauf der Antriebselemente 9 und 10 an den Eintriebsstellen. Dabei ermittelt die Steuereinheit 13 die tatsächliche Lage jedes Einzelantriebes 9, 10 und vergleicht diese mit in der Steuereinheit abgespeicherten Sollwerten. Ausgehend von diesem Vergleich wird jeder Einzelantrieb 9, 10 von der Steuereinheit 13 individuell über das Stellglied 14, 15 angesteuert. Der Einzelantrieb 9 wird dabei um den Winkel ϕ 1 und der Einzelantrieb 10 um den Winkel ϕ2 verdreht.
Durch eine erfindungsgemäß ermittelte Sollwertvorgabe sollen die Einzelantriebe 9 und 10 derart angesteuert werden, dass zusätzlich eine vorgegebene konstante Verdrehung Δϕ des Räderzuges zwischen den Eintriebsstellen der Einzelantriebe 9, 10 gewährleistet wird. Indikator für das Vorhandensein einer solchen Verdrehung Δϕ ist, dass sich die Zahnflanken zweier benachbart angeordneter, ineinander greifender Zahnräder am Zahneingriff a unter Betriebsbedingungen gerade berühren und eventuell noch eine geringe Last übertragen.
Der sich aus den Impulsverläufen ergebende zeitliche Abstand Δt der an den Impulsgebern 11, 12 gemessenen Impulse und seine zeitlichen Änderungen wird durch die Steuereinheit 13 gemessen und bei konstanter Maschinendrehzahl in eine proportionale Drehwinkeldifferenz umgerechnet.
Zur richtigen Bestimmung der Drehwinkeldifferenz Δϕ zwischen den Eintriebsstellen der Einzelantriebe 9, 10 werden bei abgeschalteter Regelung der Einzelantriebe 9, 10 die von den Impulsgebern 11, 12 gelieferten Impulse ausgewertet.
Dazu wird die Druckmaschine 1 zunächst zur Erzeugung bestimmter Lastverhältnisse in einen vorgegebenen Betriebszustand gebracht, in dem die Farben in den Druckwerken bereitgestellt sowie die Druckwerke eingeschaltet werden. Außerdem wird eine Maschinendrehzahl eingestellt. Anschließend wird am Einzelantrieb 9 durch die Steuereinheit 13 eine Nacheilung gegenüber dem Einzelantrieb 10 erzeugt und solange gesteigert, bis die Zeitdifferenz Δt1 zwischen den von den Impulsgebern 11 und 12 erzeugten Impulsen konstant bleibt. Die konstante Zeitdifferenz Δt1 wird in der Steuereinheit 13 gespeichert.
Danach steuert die Steuereinheit 13 den Einzelantrieb 9 in die entgegengesetzte Richtung, so das sich eine Voreilung am Eintrieb des Einzelantriebs 9 gegenüber dem Eintrieb des Einzelantriebes 10 einstellt. Auch diese Nacheilung wird solange gesteigert, bis die zeitliche Differenz zwischen den von den Impulsgebern 11, 12 abgegebenen Impulsen konstant ist. Die so ermittelte konstante Zeitdifferenz Δ t2 wird im Speicher der Steuereinheit 13 abgelegt. Außerdem wird die Lage des Elektromotors nach Einstellung der Voreilung bestimmt und zur Ermittlung der Drehwinkeldifferenz Δϕ2 analog zur Voreilung genutzt.
Die Steuereinheit 13 subtrahiert sodann die Zeitdifferenz Δ t2 und berechnet daraus eine Winkeldifferenz Δϕ2, zu der die Winkeldifferenz Δϕ2 addiert wird.
Die so bestimmte Winkeldifferenz Δϕ wird als Sollwert unter Produktionsbedingungen der Regelung des Einzelantriebs 9 durch die Steuereinheit 13 zugrunde gelegt. Damit wird immer eine leichtberührende Anlage der Zahnflanken in eine vorgegebene Bewegungsrichtung des Räderzuges 8 gewährleistet.
Zusätzlich zu der empirisch ermittelten Voreilung wird eine weitere Voreilung Δϕ3 für den Eintrieb des Einzelantriebes 9 durch die Steuereinheit 13 erzeugt. Diese Voreilung Δϕ 3 bestimmt sich aus der gewünschten Betriebslast der Druckmaschine im Zahneingriff und der Räderzugsteifigkeit. Vorteilhafterweise ist die Voreilung Δϕ 3 einem in der Steuereinheit 13 abgespeicherten Kennfeld zu entnehmen. Diese Voreilung Δϕ 3 wird zu der Voreilung Δϕ addiert und bei der Regelung des Einzelantriebes 9 als Sollwert mit berücksichtigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für verschiedene Ausgestaltungen der Druckmaschine anwendbar. So ist Anzahl und Ausbildung der Teileinheiten 3 bis 6 variabel und kann von Druckmaschine zu Druckmaschine unterschiedlich sein.
Zur Ermittlung einer Sollwertvorgabe, also der Verdrehung Δϕ zwischen den Eintriebsstellen der Einzelantriebe 9,10 kann auch vorgesehen sein, das Antriebsmoment des ersten und des zweiten Einzelantriebes 9, 10 zu variieren bzw. dass zur Bestimmung der Sollwerte für die Lageregelung eine bei einem bestimmten Verhältnis der von den Einzelantrieben einzuspeisenden Drehmomente sich im Räderzug ergebende Verdrehung Δϕ ermittelt wird. Bei Versuchsläufen der Maschine wird dazu die Momentaufnahme der Einzelantriebe durch spezielle Sensoren gemessen oder über die Stromwerte der Antriebsmotoren indirekt ermittelt.
Dazu wird vorzugsweise das über den ersten Antrieb 9 in den Räderzug 8a - 8h eingespeiste Antriebsmoment erhöht, so dass zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Drehzahl das über den zweiten Antrieb 10 einzuspeisende Moment kleiner wird. Die über den ersten und den zweiten Motor 9, 10 eingespeisten Momente werden miteinander verglichen und zur Bestimmung eines Sollwertes für die Lageregelung der beiden Einzelantriebe, also für die Verdrehung Δϕ des Räderzuges 8a - 8h herangezogen. So ist ein Winkelwert Δϕ bestimmbar, der einem bestimmten Momentenverhältnis entspricht. Weiterbildend kann auch vorgesehen sein, die Bestimmung von Verdrehwinkeln Δϕ bei verschiedenen Drehzahlen und / oder verschiedenen Lastsituationen durchzuführen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung zur Bestimmung einer Sollwertvorgabe (Bestimmung des Verdrehwinkels Δϕ) ist vorgesehen, zunächst über den ersten Antriebsmotor 9 die Maschine anzutreiben, so dass garantiert eine Flankenanlage im gesamten Räderzug vorliegt. Daraufhin wird bei stromfrei geschalteten Motor 9 der zweite Antriebsmotor 10 angesteuert und die vom Räderzug ausgeführten Bewegungen werden über die Lagegeber (Impuls- bzw. Winkelgeber) 11, 12 erfasst. So ist insbesondere der vom zweiten Motor 10 auszuführende Winkelbetrag ermittelbar, bis die durch die Umkehr der Flankenanlage im Räderzug 8a - 8h bewirkte Lose herausgefahren wird. Der so bestimmte Winkelbetrag kann dann als Verdrehwinkel Δϕ der Sollwerte zur Lageregelung der Einzelantriebe 9, 10 verwendet werden.
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