Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Bahnspannung in einer Rotationsdruckmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung einer Bahnspannung in einer Rotationsdruckmaschine zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass Schwankungen oder Änderungen der Dehnung bei laufender Produktion, d. h. während des Fortdruckes in einfacher Weise gemessen werden, und diese Messung zur Regelung des vor dem ersten Druckwerk angeordneten Einzugwerkes herangezogen wird.
Insbesondere die Messung möglichst nach dem letzten Druckwerk, gibt größtmöglichen Aufschluss über den Betriebszustand der Bahn vor dem Einlauf in den Oberbau, insbesondere den Trichtereinlauf.
Mit Zuschaltung von Wasser und/oder Farbe ändert sich das Spannungs/Dehnungsverhalten der Bahn beim Durchlauf der Bahn durch die Druckstellen und bewirkt beispielsweise eine Vergrößerung der Dehnung nach dem letzten Druckwerk. Damit jedoch bei Mehrbahnbetrieb ein problemloser Trichtereinlauf der Bahnen gewährleistet ist, wird, um die notwendige Abstufung in der Bahnspannung zu erreichen, nach Zuschalten von Wasser und Farbe möglichst nur noch über Verstellung des Einzugswerks das passende Bahnspannungsniveau der Bahnen zueinander abgestimmt.
Die Papierbahn dehnt sich unter dem Einfluss des Feuchtmittels und/oder der Farbe sowohl in Längs- wie auch in Querrichtung bezogen auf die Transportrichtung aus. Dies schlägt sich, insbesondere beim Mehrfarbendruck mit freien Weglängen zwischen benachbarten Druckstellen als Dehnung der Bahn nieder. Diese Dehnung kann, solange der Effekt an jeder Druckstelle nahezu zeitlich konstant bleibt, zumindest zum Teil beispielsweise durch Registerverstellung an den Zylindern, durch Positionsänderung von Registerwalzen oder sonstige Einrichtungen ausgeglichen werden.
Das Dehnungsverhalten der Papierbahn unterliegt jedoch vielen Einflüssen wie zum Beispiel der Spannungs-/Dehnungscharakteristik des jeweiligen Papiers und somit der herrschenden Spannung, der momentanen Feuchte, der Feuchtigkeitsempfindlichkeit, dem Eindringverhalten, von der Lage der Rolle bei deren Herstellung im Tambour, was sich beispielsweise in unterschiedlicher Wicklungshärte niederschlägt, oder von einer ortsabhängigen Schwankung im Elastizitätsmodul.
Die Dehnung, sowohl die Längs- als auch die Querdehnung, ist daher wegen nicht konstanten Papiereigenschaften der abrollenden Papierbahn selbst und wegen wechselnder und zum Teil schwankender Betriebsparameter an der Druckmaschine nicht stationär. Auf der anderen Seite beeinflussen eine schwankende Bahnspannung, wechselnde Druckgeschwindigkeit, Schwankung in der Befeuchtung oder ein Wechsel der Rolle die Dehnung der Papierbahn, so dass die Dehnung zeitlich nicht stationär ist.
In vorteilhafter Weise können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Änderungen oder Schwankungen in der Dehnung, insbesondere in der Längsdehnung in Transportrichtung, ausgeglichen werden.
Vorteilhaft ist auch die Ermittlung der Dehnungsänderung am Ende eines Druckturms oder dem in Transportrichtung letzten Druckwerk, da diese für die weiteren Verarbeitungsschritte einen guten Aufschluss über die gesamte Änderung liefert und eine Gegenmaßnahme, auf Wunsch im Sinne einer konstanten Spannung oder aber, wie hier bevorzugt, einer konstanten Dehnung der Bahn für die nachfolgenden Wege der Bahn oder Verarbeitungsschritte ermöglicht. In diesem Sinne ist es auch vorteilhaft, dass die Regelung nicht im Bereich der Messung, sondern am Anfang der Bahn erfolgt, wodurch ein Niveau der Bahnspannung bzw. eine resultierende Eingangsdehnung festgelegt und nachfolgend geregelt wird, ohne im Oberbau, insbesondere vor der Trichtereinzugwalze wesentliche Änderungen der Bahnspannung und/oder der Dehnung herbeizuführen.
Insbesondere kann durch Ermittlung der Dehnungsänderung hinter dem letzten Druckwerk und entsprechender Regelung der Eingangsdehnung dafür gesorgt werden, dass die Anzahl und die exakten Phasen der Druckbilder zwischen dem letzten Druckwerk bzw. der letzten Druckstelle und beispielsweise einem Falzapparat konstant ist, was durch Verstellen einzelner Register aufwendig oder nur schwer möglich ist. Das Verfahren macht somit während laufender Produktion ein ständiges Nachregeln des Schnittregisters einer Bahn über sämtliche Antriebe der Druckwerke oder über Registerwalzen zumindest zum Teil überflüssig.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 stellt schematisch den Verlauf einer Bahn B, z. B. einer Bedruckstoffbahn B oder einer Papierbahn B, auf seinem Weg durch eine Druckmaschine, insbesondere eine Rollenrotationsdruckmaschine dar. Die Bahn B läuft in Transportrichtung T vom Rollenwechsler 01 über ein Einzugwerk 02 mit einer Zugwalze 03 durch die beispielsweise vier Druckwerke 06 bis 09 zu einer zweiten Zugwalze 11. Nach der zweiten Zugwalze 11 folgen beispielsweise nicht dargestellte Wendestangen, Schneidmesser, weitere Zug oder Leitwalzen und letztlich eine Trichtereinlaufwalze 12. Die wesentlichen Zugwalzen 03; 11 sind in vorteilhafter Ausführung mit jeweils einem eigenen Antrieb 13; 14 und einer Antriebsregelung 16; 17 ausgerüstet. Vor dem Einzugwerk 02, zwischen dem Einzugwerk 02 und dem ersten Druckwerk 06 sowie zwischen dem letzten Druckwerk 09 und der Zugwalze 11 und auf dem freien Weg zwischen Zugwalze 11 und der Trichtereinlaufwalze 12 werden in bevorzugter Ausführung Spannungen S1, S2, S3 und S4 der Bahn B gemessen. Dies kann beispielsweise über Messwalzen oder die Leistungsaufnahme der Antriebsmotoren der Zugorgane erfolgen.
Ausgangspunkt für die Einstellung der Spannungen einer Bahn B sind, insbesondere wenn im Mehrbahnbetrieb am Trichtereinlauf mittels der Trichtereinlaufwalze 12 mehrere Bahnen B zusammengefasst werden, die absoluten und relativen Spannungen S4 der einzelnen Bahnen B an der Trichtereinlaufwalze 12 zueinander. Demzufolge erfolgt die Einstellung der Spannungen der Bahn B ausgehend vom gewünschten Niveau der Spannung S4 an der Trichtereinlaufwalze 12. Vorzugsweise wird durch Verstellung am Einzugwerk 02 das Niveau der gesamten Spannung der Bahn B festgelegt. Üblicher Weise erfolgt auch eine Änderung der Spannung der Bahn B während des Fortdruckes in vorteilhafter Weise durch eine Änderung der Spannung S2 am Einzugwerk 02. Eine Grundeinstellung der Spannungen beim Fortdruck, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, wird beispielsweise über die bahnspannungs-, geschwindigkeits- oder positionsgeregelte Zugwalze 03, die ebenfalls geregelte Trichtereinzugwalze 12 und/oder nicht dargestellte Tänzerwalzen hergestellt.
Infolge der Spannungen und, insbesondere während des Fortdruckes, infolge der Feuchtigkeit unterliegt die Bahn B auf ihrem Weg vom Einzugwerk 02 bis zur Zugwalze 11 hinter dem letzten Druckwerk 09 Längsdehnungen der Bahn B mit einer Eingangsdehnung ε1 und einer Dehnung ε nach dem letzten Druckwerk 09. Bei Durchlaufen der Bahn B von vier Druckwerken 06 bis 09 stellt ε2 eine Dehnung zwischen erstem Druckwerk 06 und zweitem Druckwerk 07, ε3 eine Dehnung zwischen zweitem Druckwerk 07 und dritten Druckwerk 08 und ε4 eine Dehnung zwischen Druckwerk 08 und Druckwerk 09 dar.
Dieser i.d.R. im Fortdruck, d. h. bei Druckgeschwindigkeit und unter Zugabe von Wasser und/oder Farbe, spannungsgeregelte Zustand der Bahn B berücksichtigt mit einer Nacheilung der Zugwalze 03 und einer Voreilung der Zugwalze 11 bezogen auf die Maschinengeschwindigkeit bereits eine Dehnung der Bahn B, die aus dem Druckvorgang und den Feuchtigkeitseinflüssen resultiert.
Die Ermittlung der Maschinengeschwindigkeit und/oder die Phaselage der Maschine kann an den Druckwerken 06; 07; 08; 09 auf verschiedene Art erfolgen. So können beispielsweise, falls jedes der Druckwerke 06; 07; 08; 09 eigens angetrieben wird, die Leistungsdaten, die Drehwinkellagen oder andere Kennzahlen aller oder einzelner Druckwerke 06; 07; 08; 09 herangezogen werden.
Im Ausführungsbeispiel wird eine Phasenlage ϕ1 des ersten Druckwerkes 06 über einen ersten Sensor 18 gemessen. Diese Phasenlage ϕ1 kann z. B. an einer Motorwelle eines Antriebes 19 für einen Zylinder 21; insbesondere eines Antriebes 19 eines Formzylinders 21 des Druckwerkes 06, beispielsweise mittels eines Encoders, abgegriffen werden (in Fig. 1 strichliert dargestellt). Wenn der Formzylinder 21 mit einem zusammen wirkenden Zylinder 22, insbesondere einem Übertragungszylinder 22 gekoppelt ist, ist auch die Phasenlage ϕ1 am Übertragungszylinder 22 bestimmbar. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann auch die Anordnung einer Marke 23 als Referenzpunkt 23 am Formzylinder 21 oder am Übertragungszylinder 22 zusammen mit einem ersten Sensors 18 zur Bestimmung der Phasenlage ϕ1 bzw. einer Position ϕ1 herangezogen werden. Dies kann beispielsweise durch einen Scanner oder eine Photozelle erfolgen. Auch eine durch das Druckwerk 06 selbst aufgebrachte Marke 23, ein Teil des Druckbildes selbst, eine Lochung oder sonstige Markierungen auf der Bahn B können als Marke 23 zur Bestimmung der ersten Phasenlage ϕ1 dienen.
In Transportrichtung T ist nach dem letzten Druckwerk, hier dem vierten Druckwerk 09, ein weiterer Sensor 24 angeordnet. Mittels dieses zweiten Sensors 24 wird eine zweite Phasenlage ϕ2 bzw. Position ϕ2 einer Marke 26 oder zumindest eines Teils 26 eines Druckbildes einer bedruckten Bahn B gemessen. Die Marke 26 kann auch eine Lochung der Bahn B oder eine äquivalent wirkende Markierung auf der Bahn B sein. Unter Phasenlage ϕ2 der Marke 26 wird hier die zeitliche Abfolge des Durchganges der Marke 26 am Detektor verstanden. Erfolgt die Bestimmung der Phasenlage ϕ1 über eine auf der Bahn B angeordnete Marke 23 (wie alternativ genannt), so kann zur Bestimmung der Phasenlage ϕ2 als Marke 26 die Marke 23 herangezogen werden, die in diesem Fall identisch sind.
Beim Lauf der Bahn B wird nun zunächst durch Messung des Durchganges der Marke 23 die Phasenlage ϕ1 des Druckwerks 06 festgestellt. Hinter dem letzten Druckwerk 09 wird nach Durchlaufen der Druckeinheiten 06 bis 09 die zweite Phasenlage ϕ2 der auf die Bahn B gedruckten Marke 26 bzw. dem Teil des Druckbildes 26 ermittelt. Unter Berücksichtigung einer festen Lage der Messstellen zueinander wäre nun bei zeitlich konstanter Dehnung ε der Bahn B über alle Teilstrecken eine feste Phasenverschiebung Δϕ feststellbar. Hier setzt das Verfahren zur Regelung einer Bahnspannung in einer Rotationsdruckmaschine an, da die Dehnung ε der Bahn B aus o. g. Gründen während der Produktion nicht zeitlich konstant ist.
Der beispielsweise zu Beginn des Fortdruckes und nach Erreichen der gewünschten Spannungen S1 bis S4 ermittelte Wert für die Phasenverschiebung Δϕ wird als Sollwert Δϕ-Soll, beispielsweise in einer Speichereinheit, festgehalten. Der Sollwert Δϕ-Soll kann von Produktion zu Produktion verschieden sein, da er vom Registerstand der Druckwerke 06 bis 09 abhängt. Er sollte jedoch erst im stationären und störungsfreien Betrieb festgelegt werden. Die Einstellung des Registerstandes sowie der Spannungen S1 bis S4 sind wie oben bereits dargestellt in ihrer Grundeinstellung i.d.R. bereits vor Beginn der Produktion, maßgeschneidert auf die Papiereigenschaften, den Bahnlauf und weiterer o. g. Parameter erfolgt.
Über die während des Fortdruckes auftretenden Änderungen Δε oder Schwankungen in der Dehnung ε liefert nun eine Abweichung Δ des Istwertes Δϕ vom Sollwert Δϕ-Soll die Information.
Um nun während des Fortdruckes Änderungen Δε oder Schwankungen in der Dehnung ε, insbesondere Änderungen Δε in der Abschnittslänge zwischen dem letzten Druckwerk und der Weiterverarbeitung im Falz, infolge o. g. Gründe entgegenzuwirken, werden die Phasenlagen ϕ1 und ϕ2 und somit die Phasenverschiebung Δϕ ermittelt und mit dem Sollwert Δϕ-Soll verglichen. Tritt während des Fortdruckes der laufenden Produktion infolge einer der o. g. Gründe die Abweichung Δ in der Differenz Δϕ vom Sollwert Δϕ-Soll auf, so ist dies ein Indiz für eine Änderung Δϕ der Dehnung ε der Bahn B.
Ist die Phasenverschiebung Δϕ beispielsweise als Differenz Δϕ = ϕ2 - ϕ1 definiert, so bewirkt eine Vergrößerung der Dehnung ε um Δε beispielsweise eine Abweichung Δ der Phasenverschiebung Δϕ vom Sollwert Δϕ-Soll.
Diese Abweichung Δ, und damit auch die Änderung Δε in der Dehnung ε wird nun mit dem dem ersten Druckwerk 06 vorgeschalteten Einzugwerk 02 über die Veränderung der Eingangsdehnung ε1 kompensiert, bis der Sollwert Δϕ-Soll für die Phasenverschiebung Δϕ wieder hergestellt ist. Damit ein Schwingen bzw. ein unruhiger Bahnlauf der Bahn B vermindert oder vermieden wird, kann die Regelung auch gewisse Toleranzen in der Abweichung der Phasenverschiebung Δϕ vom Sollwert Δϕ-Soll zulassen, bevor die Gegenmaßnahme einer Änderung der Eingangsdehnung ε1 ergriffen wird.
Die Abweichung Δ vom Sollwert Δϕ-Soll kann beispielsweise als Störgröße Δ einem Sollwertgeber der Antriebsregelung 16 überlagert werden. Die Antriebsregelung 16 der Zugwalze 03 kann beispielsweise bzgl. des Drehmomentes geregelt sein, wobei eine Rückführung der Spannung S2 erfolgt. Einen Weg der Bahn B über eine entsprechende Messwalze 27 für die Messung der Spannung S2 der Bahn B ist strichliert in Fig.-1 dargestellt. Dem Sollwertgeber der Antriebsregelung 16 wird die der Abweichung Δ vom Referenzwert Δϕ-Soll entsprechende Störgröße Δ, beispielsweise als Korrekturgröße ΔS2 überlagert. Eine derartige Korrekturgröße ΔS2 kann beispielsweise aus einer hinterlegten Kurve für die Abhängigkeit von ΔS2 über Δ entnommen werden oder auch iterativ durch Anhebung bzw. Absenkung der Spannung S2 erfolgen, bis die Phasenverschiebung Δϕ wieder dem Sollwert Δϕ-Soll entspricht.
Sollen abrupte Wechsel in der Krafteinwirkung auf die Bahn B vermieden werden, kann für die Zugwalze 03 auch auf eine Antriebsregelung mit DROOP-Verhalten zurückgegriffen werden. Als DROOP-Verhalten wird eine lastabhängige Änderung des Sollwertes einer Umfangs- bzw. Winkelgeschwindigkeit oder Drehzahl bezeichnet, die sowohl eine Änderung in der Spannung der Bahn B, z. B. S4, als auch eine Änderung in der Winkelgeschwindigkeit berücksichtigt. Auch in diesem Fall wird beispielsweise dem Sollwert S2-Soll für die Spannung S2 eine Korrekturgröße ΔS2 überlagert, die zusammen mit dem Istwert der Spannung S2 anhand der DROOP-Funktion eine korrespondierende Nacheilung der Zugwalze 03, und dadurch eine andere Spannung S2 und resultierende Eingangsdehnung ε1 ergibt, was sich letztlich auch als Änderung der Dehnung ε niederschlägt.
Unabhängig von der Art und Weise der Regelung für die Zugwalze 03 oder des Einzugwerkes 02, ist es wesentlich, dass dem SollwertΔϕ-Soll für die Antriebsregelung 16 eine aus der Phasenverschiebung Δϕ und dem Sollwert Δϕ-Soll ermittelte Störgröße Δ, beispielsweise als Korrekturgröße ΔS2 der gewünschten Spannung S2, überlagert wird. Falls erforderlich kann die Phasenlage ϕ1 anstelle des in Transportrichtung T ersten Druckwerkes 06 auch an einem der folgenden Druckwerke 07 bis 09 ermittelt werden. Die Phasenverschiebung Δϕ ist dann zwischen dem betreffenden Druckwerk 06 bis 09 und dem Durchgang der Marke 23 am Sensor 24 zu ermitteln. Die Abweichung Δ der Phasenverschiebung Δϕ vom Sollwert Δϕ-Soll wird wieder als Störgröße Δ für den Antrieb der Zugwalze 03 verarbeitet.
Gleichbedeutend mit der Ermittlung der Phasenlagen ϕ1 und ϕ2 und somit der Phasenverschiebung Δϕ vom Sollwert Δϕ-Soll für die Ermittlung der Störgröße Δ kann auch die zeitliche Änderung der Phasenverschiebung Δ̇ϕ bzw., falls die Störgröße Δ linear aus der Differenz der Phasenlagen ϕ1 und ϕ2 ermittelt wird, auch die Änderung der Differenz in der zeitlichen Änderung der Phasenlagen Δϕ̇ = ϕ̇2 - ϕ̇1 herangezogen werden. Δϕ̇ ist dann im störungsfreien Betrieb ≅ 0.
Mit der Störgröße Δ kann die Korrekturgröße ΔS2 als Spannungsänderung ΔS2 auch in anderer Weise als an der Zugwalze 03 verändert werden. Die Änderung der Spannung S2 durch die Störgröße Δ schließt auch Änderungen der Krafteinwirkung durch eine nicht dargestellten Tänzerwalze oder anderer vor dem ersten Druckwerk 06 angeordneten Stellvorrichtungen für die Spannung S2 ein.
In vorteilhafter Weise erfolgt keine direkte Rückkopplung einer nach dem letzten Druckwerk 09 festgestellten Dehnungsänderung Δε an die Antriebsregelung 17 der nach dem letzten Druckwerk 09 angeordneten Zugwalze 11, sondern es erfolgt eine Änderung der Eingangsdehnung ε1 durch Änderung der Spannung S2.
Bei Änderung Δε der Dehnung ε tritt somit eine Abweichung Δ der relativen Phasenlage Δϕ vom Sollwert Δϕ-Soll zwischen einer ersten Messstelle mittels des Sensors 18, der Phasenlage ϕ1 des Übertragungszylinders 21, und der zweiten Messstelle mittels des Sensors 24, der Lage der Marke 23 auf der bedruckten Bahn B nach Durchlaufen der Druckwerke 06 bis 09, ein. Diese Abweichung Δ geht als Absolutwert oder als vorzeichenbehafteter Wert als Störgröße Δ für die Regelung der Spannung S2 vor dem ersten Druckwerk 06 ein. Durch diese Verfahrensweise ist gewährleistet, dass sich für nachfolgende Arbeitsschritte, wie beispielsweise ein Falzen oder Schneiden, eine konstante Anzahl von Druckbildern zwischen der Zugwalze 11 und dem nachfolgenden Verarbeitungsschritt befinden, und dass die Frequenz des Durchganges der Druckbilder an der Zugwalze 11 nahezu konstant gehalten wird.
Zugunsten einer konstanten Abschnittslänge bzw. Dehnung ε nach dem letzten Druckwerk 09 wird so, falls erforderlich, eine Variation in der Spannung S2 vor dem ersten Druckwerk 02 in Kauf genommen. Die Spannung S2 bewegt sich hierbei jedoch in jedem Falle innerhalb eines Fensters für die zulässige Spannung und für die resultierende Spannung S4 im Hinblick auf die Abstufung im Mehrbahnbetrieb.
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