DE10033638A1 - Überwachungsvorrichtung für die Bogenzufuhr zu einer Bogen verarbeitenden Maschine und Verfahren zur Kontrolle des Bogenstromaufbaus des Bogenstroms - Google Patents
Überwachungsvorrichtung für die Bogenzufuhr zu einer Bogen verarbeitenden Maschine und Verfahren zur Kontrolle des Bogenstromaufbaus des BogenstromsInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Dickenmessung, Doppel- und Fehlbogenerkennung während der Bogenzufuhr zu einer Bogen verarbeitenden Maschine und eine Überwachungsvorrichtung vorgeschlagen. Die Überwachungsvorrichtung weist mindestens ein oberhalb oder unterhalb des Bogenstroms angeordnetes Tastelement auf, das mittels einer einen Stellantrieb aufweisenden Stelleinrichtung in Richtung des Bogenstroms und in entgegengesetzter Richtung verlagerbar ist. Die Überwachungsvorrichtung (1) zeichnet sich dadurch aus, dass der Stellantrieb (9) mindestens einen Piezoaktuator (11) aufweist oder von diesem gebildet ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für die Bogenzufuhr, insbesondere
geschuppte Bogenzufuhr, zu einer Bogen verarbeitenden Maschine, gemäß Oberbegriff des
Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Kontrolle des Bogenstromaufbaus beziehungsweise des
Bogenstroms während seines Transports in eine Bogen verarbeitende Maschine, gemäß den
Ansprüchen 18 und 20.
Aus der EP 0 242 622 B1 geht eine Überwachungsvorrichtung der hier angesprochenen Art
hervor, die eine oberhalb eines Anlegertisches angeordnete Abtastrolle aufweist, die mit Hilfe
eines elektrischen Schrittmotors in Richtung des Anlegertisches verlagerbar ist. Mit der
Abtastrolle ist ein Sensor gekoppelt, der immer dann ein Signal an eine Steuerungseinrichtung
übermittelt, wenn mindestens zwei Bogen einander überlappen. Es hat sich gezeigt, dass die
Überwachungsvorrichtung nur begrenzt einsetzbar ist und in den Fällen, in denen eine
dynamische und sehr präzise Verlagerung der Abtastrolle gefordert wird, unter anderem
aufgrund des relativ trägen Schrittmotors nicht eingesetzt werden kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Überwachungsvorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, die diesen Nachteil nicht aufweist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht
darin, ein Verfahren zur Kontrolle des Bogenstroms anzugeben, bei dem eine hohe
Funktionssicherheit gewährleistet werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Überwachungsvorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 vorgeschlagen. Diese umfasst mindestens ein oberhalb oder unterhalb eines
Bogenstroms angeordnetes Tastelement, das mittels eines Stellantriebs in Richtung auf den
Bogenstrom und weg vom Bogenstrom bewegbar ist. Die Überwachungsvorrichtung zeichnet
sich dadurch aus, dass der Stellantrieb mindestens einen Piezoaktuator aufweist oder von
diesem gebildet ist. Mit Hilfe des Piezoaktuators ist eine dynamische, also sehr schnell und
präzise Verlagerung des Tastelements möglich, was bei bestimmten Überwachungsvorgängen
notwendig sein kann.
Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Überwachungsvorrichtung ist der
Piezoaktuator so aufgebaut, wie in der DE 196 46 511 C1 der Firma marco Systemanalyse
und Entwicklung GmbH beschrieben, deren Inhalt bezüglich des Aufbaus und der Funktion
des Piezoaktuators zum Gegenstand dieser Beschreibung gemacht wird. Der Piezoaktuator
weist einen Grundkörper auf, der eine aus Keramiklamellen aufgebaute Stapelstruktur besitzt.
Durch entsprechende elektrische Ansteuerung des Piezoaktuators ist dieser um eine im
Flächenschwerpunkt des Grundkörpers liegende Achse schwenkbar beziehungsweise kippbar,
so dass das Tastelement direkt oder unter Zwischenschaltung eines Übersetzungsgetriebes in
Richtung des Bogenstroms beziehungsweise einer Unterlage, über den der Bogenstrom
transportiert wird, und in entgegengesetzter Richtung verlagerbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Überwachungsvorrichtung ergeben sich aus
den übrigen Unteransprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18
vorgeschlagen, bei dem zur Kontrolle des Bogenstromaufbaus beziehungsweise des
Bogenstroms während seines Transports in eine Bogen verarbeitende Maschine mindestens
ein Tastelement in Richtung eines Gegendruckelements verlagerbar ist, über das der
geschuppte oder Einzelbogen aufweisende Bogenstrom geführt, das heißt transportiert wird.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Tastelement an den Bogenstrom angestellt,
das heißt mit definierter Kraft angepresst wird und diesen während seiner Überführung in die
Maschine, beispielsweise eine Bogendruckmaschine, detektiert. Während der Überwachung
des Bogenstroms wird das Tastelement in Abhängigkeit der jeweiligen momentanen
Bogenstromdicke immer so gegenüber dem Bogenstrom verlagert, dass die Anpresskraft, mit
der das Tastelement an den Bogenstrom angepresst wird, auf einem vorgebbaren Wert
beziehungsweise innerhalb eines vorgebbaren Wertebereichs gehalten wird. Mittels eines
geeigneten Sensorsystems wird der Weg ermittelt, den das Tastelement gegenüber dem
vorzugsweise feststehenden, beispielsweise von einem Anlegertisch gebildeten
Gegendruckelement verlagert ist. Hierdurch kann sehr exakt die Dicke des Bogenstroms
ermittelt beziehungsweise gemessen werden, so dass ohne weiteres Doppel- und Fehlbogen
erkannt werden, was beispielsweise zur Ausgabe eines Fehlersignals führt. Des Weiteren
können mittels der Abstandsänderung des Tastelements gegenüber dem Gegendruckelement
unter Einbeziehung der jeweiligen momentanen Maschinengeschwindigkeit auch Früh-, Spät-
und Schrägbogen erkannt werden. Das Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit
aus und weist zudem eine hohe Funktionssicherheit auf. Besonders vorteilhaft ist ferner, dass
aufgrund der konstant gehaltenen Anpresskraft des Tastelements an das Gegendruckelement
die Messbedingungen unabhängig von der jeweiligen Bogenstromdicke konstant sind. Es ist
daher ohne weiteres eine Automatisierung der Bogen- beziehungsweise der
Bogenstromdickenmessung und/oder der Bogenstromüberwachung möglich.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass die
Anpresskraft des Tastelements an den Bogenstrom überwacht wird und dass beim Über- oder
Unterschreiten eines Grenzwertes für die Anpresskraft ein Fehlersignal ausgelöst wird, was
beispielsweise zu einer visuellen Anzeige einer Störung oder unmittelbar zum Anhalten der
Maschine führt.
Nach einer anderen Ausführungsvariante wird der Abstand zwischen dem Tastelement und
dem Gegendruckelement kontrolliert, indem die Relativbewegung des Tastelements
gegenüber dem Gegendruckelement zur Einstellung einer konstanten Anpresskraft
gemessen/überwacht wird, wobei auch hier ein Fehlersignal ausgegeben werden kann, sobald
der Abstand des Tastelements zum Gegendruckelement einen bestimmten oberen oder unteren
Grenzwert über- beziehungsweise unterschreitet. Tritt also beispielsweise innerhalb des
Bogenstroms ein Doppelbogen auf, so dass an dieser Stelle die Dicke des Bogenstroms
unzulässig erhöht ist, so wird das Tastelement mit Hilfe eines geeigneten, vorzugsweise
dynamischen Stellantriebs vom Gegendruckelement so weit entfernt, dass der Anpressdruck
des Tastelements an den Bogenstrom auf einem konstanten Wert bleibt. Wird das Tastelement
hierbei jedoch über einen maximal zulässigen Abstand zum Gegendruckelement hinaus
bewegt, erfolgt eine gewünschte Meldung in Form eines Signals.
Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Verfahren vorgeschlagen, das die Merkmale des
Anspruchs 20 aufweist. Erfindungsgemäß ist zur Kontrolle des Bogenstromaufbaus
beziehungsweise des Bogenstroms während seiner Überführung in eine Bogen verarbeitende
Maschine vorgesehen, dass zunächst der Aufbau des geschuppten oder Einzelbogen
aufweisenden Bogenstroms erkannt wird, das heißt, es wird ermittelt, wie sich die
Bogenstromdicke verändert. Hierzu wird in bevorzugter Ausführungsform zu Beginn der
Bogenüberführung zunächst das Tastelement an das Gegendruckelement angestellt, also in
Anlage gebracht und mit definierter Kraft angedrückt, um beispielsweise den Nullpunkt
einzustellen und die Maschinenschwingungen zu ermitteln. Dann wird der Bogenstrom in den
zwischen dem Gegendruckelement und dem Tastelement gebildeten Nip transportiert, so dass
das Tastelement nun mit vorzugsweise definierter, insbesondere konstanter, Kraft an den
Bogenstrom angedrückt wird. Es findet also eine berührende Detektion des Bogenstroms
durch das Tastelement statt. Aus den durch die Bogenstromdetektion ermittelten
Informationen wird mit Hilfe einer geeigneten Einrichtung, beispielsweise einer Steuerungs-
und Regelungseinrichtung, das Höhenprofil Kontur des Bogenstroms ermittelt. Das
Bogenstrom-Höhenprofil wird durch die unterschiedliche Dicke des Bogenstroms bestimmt,
der geschuppt sein kann und/oder in einem Abstand voneinander angeordnete Einzelbogen
aufweist. Nachdem das Höhenprofil ermittelt worden ist, wird das Tastelement vom
Bogenstrom abgestellt, also vom Bogenstrom beabstandet, und während der weiteren
Überführung des Bogenstroms immer so in Richtung auf den Bogenstrom und in
entgegengesetzter Richtung, also vom Bogenstrom weg verlagert, dass der lichte Abstand
zwischen dem Tastelement und dem Bogenstrom konstant oder im Wesentlichen konstant ist.
Das Tastelement fährt also die Bogenstromkontur berührungslos ab, wobei die
Verlagerungsbewegung des Tastelements zur Einstellung des konstanten Abstands des
Tastelements zum Bogenstrom in Abhängigkeit der Maschinengeschwindigkeit erfolgt.
Der lichte Abstand zwischen dem Tastelement und dem Bogenstrom ist so klein, dass sofern
ein Doppelbogen im Bogenstrom vorhanden ist, es zu einer Berührung zwischen dem
Doppelbogen und dem Tastelement kommt. Diese "Kollision" ist auf verschiedene Weise
ermittelbar, beispielsweise durch Ermittlung der bei der Berührung des Doppelbogens von
demselben auf das Tastelement ausgeübten Kraft. Nach Erkennung des Doppelbogens, der
eine Störung im Bogenstrom darstellt, wird eine Fehlermeldung ausgegeben, was
beispielsweise unmittelbar zu einem Anhalten der Maschine führt. Weitere Störungen des
Bogenstroms sind Früh- und Spätbogen, die also entgegen dem durch das Höhenprofil
bestimmten, idealisierten Bogenstroms zu früh beziehungsweise zu spät am Tastelement
ankommen und somit aufgrund des Zeitpunkts ihrer Berührung des Tastelements, der mittels
einer geeigneten Einrichtung ohne weiteres überwacht werden kann, als Früh-
beziehungsweise Spätbogen erkannt werden. Mit diesem Verfahren zur Kontrolle des
Bogenstroms können zwar keine Fehl- oder Schrägbogen erkannt werden, jedoch weist dieses
Verfahren den Vorteil auf, dass aufgrund der - ausser zu Beginn des Bogenstromtransports -
weitgehend berührungslosen Detektion des Bogenstroms eine Markierung der Bogen
ausgeschlossen werden kann. Das Verfahren ist also besonders vorteilhaft bei sehr
empfindlichen Bogen einsetzbar.
In bevorzugter Ausführungsform des Verfahrens wird das Tastelement in Abhängigkeit der
Maschinengeschwindigkeit oszillierend verlagert, um den Bogenstrom berührungslos auf
Doppel- oder Mehrfachbogen zu überwachen. Das oberhalb oder unterhalb des Bogenstroms
angeordnete Tastelement wird hierzu linear bewegt oder entlang eines Kreisbahnabschnitts.
Um ständig einen konstanten Abstand zwischen dem Tastelement und der Oberseite des
Bogenstroms sicherstellen zu können, ist bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel, bei
dem der Bogenstrom voneinander beabstandete Einzelbogen aufweist, vorgesehen, dass das
Tastelement in einer durch das Höhenprofil eines fehlerfreien Bogenstroms definierten ersten
Endlage in jeden zwischen einem vorhergehenden Bogen und einem unmittelbar
nachfolgenden Bogen gebildeten Freiraum eintaucht, das heißt hineinbewegt wird. Falls der
Bogenstrom nicht fehlerfrei ist und beispielsweise einen Früh-, Spät- oder Schrägbogen
aufweist, wird das Tastelement gegen den Bogenstrom gedrückt, was beispielsweise mittels
eines Sensorsystems ermittelbar ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem der Bogenstrom geschuppt ist, also
mindestens zwei Bogen einander teilweise überlappen, wird das Tastelement in einer durch
das Höhenprofil des fehlerfreien Bogenstroms definierten ersten Endlage in jede zwischen der
Hinterkante eines vorhergehenden Bogens und der Hinterkante eines nachfolgenden Bogens
Vertiefung in der Bogenstromoberseite eingefahren. Bei einem Doppel- oder Mehrfachbogen
kontaktiert das Tastelement den Bogenstrom, was zu einer Fehleranzeige führt.
Es bleibt festzuhalten, dass bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren immer nur dann eine
Berührung zwischen dem Tastelement und dem Bogenstrom erfolgt, wenn der mit Hilfe des
ermittelten Höhenprofils des Bogenstroms bestimmte lichte Abstand zwischen dem sich in
seiner ersten Endlage befindlichen Tastelement und dem Gegendruckelement
beziehungsweise dem Bogenstrom aufgrund eines Doppel-/Mehrfachbogens oder dergleichen
unzulässig verringert ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den übrigen
Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht und eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung;
Fig. 2 einen in Fig. 1 mit gestrichelter Linie A-A gekennzeichneten Bereich der
Überwachungsvorrichtung in stark vergrößertem Maßstab;
Fig. 3 einen in Fig. 1 mit gestrichelter Linie B-B gekennzeichneten Bereich der
Überwachungsvorrichtung in stark vergrößertem Maßstab;
Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Dicke eines Bogenstroms in Abhängigkeit der Zeit
aufgetragen ist;
Fig. 5 einen Ausschnitt eines geschuppten, einen Doppelbogen aufweisenden
Bogenstroms in Seitenansicht;
Fig. 6 das Höhenprofil des in Fig. 5 dargestellten Ausschnitts des Bogenstroms;
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zwischengelenks eines
Hebelmechanismus und
Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer als Gelenk zwischen zwei Teilhebeln
dienende Blattfeder.
Die im Folgenden beschriebene Vorrichtung 1 kann sowohl zur Überwachung eines
geschuppten Bogenstroms als auch eines Einzelbogen aufweisenden Bogenstroms ohne
weiteres eingesetzt werden.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 zur Überwachung der geschuppten
Bogenzufuhr zu einer nicht dargestellten, Bogen verarbeitenden Maschine, wie zum Beispiel
Druckmaschine. Die Überwachungsvorrichtung 1 weist einen starren, ortsfest angeordneten
Träger 3 auf, an dem ein eine Stelleinrichtung 5 und ein hier als Übersetzungsgetriebe
dienender Hebelmechanismus 7 aufweisendes Gehäuse 8 angebracht ist.
Die Stelleinrichtung 5 weist einen Stellantrieb 9 auf, der von einem Piezoaktuator 11 gebildet
ist. Der Aufbau und die Funktion des Piezoaktuators 11 ist bekannt, so dass im Folgenden nur
kurz darauf eingegangen wird. Der Piezoaktuator 11 weist einen hier quaderförmigen
Grundkörper auf und ist durch entsprechende elektrische Ansteuerung um eine senkrecht zur
Bildebene der Fig. 1 verlaufende Achse 13 im und entgegen dem Uhrzeigersinn definiert
kippbar. Die Achse 13 liegt im Flächenschwerpunkt des Piezoaktuators 11.
Der Hebelmechanismus 7 weist einen ersten Hebel 15 und einen zweiten Hebel 17 auf, die
über ein Zwischengelenk 19 miteinander gekoppelt sind. Der einstückig ausgebildete zweite
Hebel 17 besteht aus einem ersten Teilhebel 21 und einem zweiten Teilhebel 23, die über eine
Blattfeder 25 miteinander verbunden sind. Die Blattfeder 15 ist also in den zweiten Hebel 17
integriert. Der erste Teilhebel 21 weist auf seinem der Blattfeder 25 gegenüberliegenden Ende
das Zwischengelenk 19 auf. Der zweite Teilhebel 23 weist an seinem der Blattfeder 25
gegenüberliegenden Ende ein Tastelement 27 auf, das hier von einer Abtastrolle 29 gebildet
ist, die frei drehbeweglich um eine Achse 31 am zweiten Teilhebel 23 gehalten ist.
Durch eine elektrische Ansteuerung des Piezoaktuators 11 wird dieser um die Achse 13
gekippt, wodurch der erste Hebel 15 um ein geringes Maß in Richtung des Doppelpfeils 33
nach oben oder unten bewegt werden kann. Diese Bewegung wird über das Zwischengelenk
19 auf den zweiten Hebel 17 beziehungsweise den ersten Teilhebel 21 übersetzt. Die
übersetzte Auslenkung des ersten Teilhebels 21 wird über die Blattfeder 25 an den zweiten
Teilhebel 23 weitergeleitet, wodurch der Abstand X der Tastrolle 29 gegenüber einer als
Gegendruckelement dienenden Unterlage 35, die beispielsweise von einem Anlegertisch
gebildet ist, über den ein in Fig. 1 nicht dargestellter Bogenstrom in Richtung der Bogen
verarbeitenden Maschine geführt wird, einstellbar ist. Mit Hilfe des Piezoaktuators 11 ist die
Tastrolle 29 mit einer definierten Kraft an die Unterlage 35 oder einen darüber transportierten
Einzelbogen oder geschuppten Bogenstrom andrückbar.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Überwachungsvorrichtung 1
oberhalb des Gegendruckelements, das heißt der Unterlage 35 angeordnet. Bei einem anderen,
in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die
Überwachungsvorrichtung unterhalb des Gegendruckelements angeordnet ist. Um die
Taltrolle 29 an das Gegendruckelement anzustellen, muss hier die Taltrolle 29 in vertikaler
Richtung nach oben verlagert werden, während bei dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel die Anstellbewegung der Tastrolle 29 in vertikaler Richtung nach unten
erfolgt. Das Gegendruckelement ist hier rein beispielhaft von der Unterlage 35 gebildet. Bei
einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Gegendruckelement auch
von einer Rolle oder Walze, einem relativ straff gespannten Transportband oder dergleichen
gebildet sein.
Die Überwachungsvorrichtung 1 weist ferner ein hier als induktives Wegmesssystem 37
ausgebildetes erstes Sensorsystem auf, das dem zweiten Hebel 17 beziehungsweise dem
ersten Teilhebel 21 zugeordnet ist und dazu dient, die Position des zweiten Hebels 17 relativ
zum Träger 3 beziehungsweise zur Unterlage 35 zu erfassen, so dass eine exakte
Positionierung des Hebels 17 und somit Einstellung der Anpresskraft der Tastrolle 29 an die
Unterlage 35 beziehungsweise einem darüber geführten/transportier
ten Bogenstrom möglich ist.
Ferner ist ein hier als induktives Kraftmesssystem 39 ausgebildetes zweites Sensorsystem
vorgesehen, mit dessen Hilfe die Verbiegung der Blattfeder 25 erfasst werden kann. Der Grad
der Verbiegung der Blattfeder 25 ist somit ein Maß für die Anpresskraft der Tastrolle 29 auf
die Unterlage 35 beziehungsweise dem/den darauf aufliegenden oder darüber transportierten
Bogen. Die mittels des Kraftmesssystems 39 ermittelte Anpresskraft ist ferner ein Maß für
den Abstand X der Tastrolle 29 gegenüber der Unterlage 35, da sich der Abstand X abhängig
von der Anzahl der zwischen der Tastrolle 29 und der Unterlage 35 befindlichen Bogen
erhöht, sofern eine Messung mit konstanter Kraft erfolgen soll.
Die Überwachungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine nicht dargestellte Steuerungs- und
Regelungseinrichtung, die einen Mikrokontroller und geeignete Software aufweist, mit deren
Hilfe automatisch der Schuppenaufbau und die Bogenstärke/-dicke ermittelt werden kann.
Dadurch ist eine selbständige Überwachung des Bogenstroms durchführbar. Der
Mikrokontroller ist vorzugsweise in die Überwachungsvorrichtung 1 integriert, das heißt, er
ist im oder am Gehäuse 8 angebracht. Selbstverständlich kann der Mikrokontroller auch als
separate Einheit ausgebildet sein, die an einer von der Überwachungsvorrichtung 1 entfernten
Stelle angeordnet ist. Mit der Steuerungs- und Regelungseinrichtung sind auch das
Wegmesssystem 37 und das Kraftmesssystem 39 verbunden. Außerdem kann auch die
elektrische Ansteuerung des Piezoaktuators 11 mittels der Steuerungs- und
Regelungseinrichtung durchgeführt werden.
Die Steuerungs- und Regelungseinrichtung bildet zusammen mit dem Tastelement 27, dem
Stellantrieb 9 sowie mit den Sensorsystemen 37, 39 einen intelligenten Sensor, mit dessen
Hilfe Doppel-, Früh-, Spät-, Schräg- und/oder Fehlbogen ermittelbar sind und ferner eine
Messung der Dicke des Bogenstroms vorgenommen werden kann.
Im Folgenden wird die Funktion der Überwachungsvorrichtung 1 näher erläutert. Dabei wird
davon ausgegangen, dass die Tastrolle 29 mittels des Stellantriebs 5 in Abhängigkeit der
momentanen Bogenstromdicke immer so verlagert wird, dass die Tastrolle 29 immer mit einer
konstanten oder im Wesentlichen konstanten Anpresskraft an dem Bogenstrom angestellt ist.
Durch eine elektrische Ansteuerung des Piezoaktuators 11 wird die Tastrolle 29 mit
definierter Kraft an den über die Unterlage 35 transportierten Bogenstrom angestellt. In Fig.
5 ist ein Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels des geschuppten Bogenstroms 61 dargestellt,
der in Richtung eines Pfeils 63 über die Unterlage 35 transportiert wird. Der Bogenstrom 61
weist einen Doppelbogen 65 auf, der hier aus zwei aneinander haftenden Bogen gebildet ist.
Wenn die Tastrolle 29 mit definierter Kraft an den Bogenstrom angedrückt ist und der
Bogenstrom eine Störung aufweist, beispielsweise diesen Doppelbogen 65, wird der
Dickenunterschied des Bogenstroms durch eine Auslenkbewegung der mit Hilfe der
Blattfeder 25 federnd gelagerten Tastrolle 29 ausgeglichen. Die Anpresskraftänderung ist mit
Hilfe des Kraftmesssystems 39 ermittelbar, so dass zur Einstellung einer konstanten
Anpresskraft der Tastrolle 29 an den Bogenstrom der Stellantrieb 5, hier der Piezoaktuator 11
entsprechend elektrisch angesteuert wird, was zu einem Betätigen des Hebelmechanismus 7
und somit zu einem Abheben oder - bei einem Fehlbogen - zu einem Absenken der Tastrolle 29
gegenüber der Unterlage 35 führt. Durch die "Ausweichbewegung" der Tastrolle 29 wird
deren Abstand X zur Unterlage 35 über ein festgelegtes, zulässiges Maß hinaus vergrößert,
was dazu führt, dass ein eine Störung im Bogenstrom 61 signalisierendes Fehlersignal
ausgegeben wird, beispielsweise wird die Maschine angehalten.
Wenn sich die Bogenstromdicke plötzlich erheblich vergrößert ist, beispielsweise aufgrund
eines Mehrfachbogens, oder beispielsweise wenn ein Gegenstand zwischen die Unterlage 35
und die Tastrolle 29 gelangt, wird diese durch den Mehrfachbogen/den Gegenstand in
vertikaler Richtung angehoben, wodurch der zweite Teilhebel 23 gegen einen Anschlag 41 am
ersten Teilhebel 21 gedrängt wird. Vom Anschlag 41 überträgt sich die Kraft auf den ersten
Teilhebel 21, den ersten Hebel 15 sowie den Piezoaktuator 11. Aufgrund der Elastizität dieser
Bauteile verändert sich dabei die Lage des ersten Teilhebels 21, wobei diese Lageveränderung
durch das Wegesystem 37 erfasst wird. Bei kleinen Kräften, das heißt bei einer nur geringen
Verbiegung der Blattfeder 25, ohne dass dabei der zweite Teilhebel 23 gegen den Anschlag 41
fährt, erfolgt also die Doppel-/Mehrfachbogen- und Fehlbogenerkennung sowie die
Dickenmessung der Bogenschuppe mit Hilfe des Kraftmesssystems 39.
Mit diesem Verfahren zur Kontrolle des Bogenstroms 61, bei dem die Tastrolle 29 ständig mit
einer einstellbaren, konstanten Anpresskraft an den Bogenstrom angestellt ist, ist ohne
Weiteres - wie beschrieben - sowohl eine Doppel-/Mehrfachbogen- als auch eine
Fehlbogenerkennung möglich. Darüber hinaus kann mit Hilfe des Kraftmesssystems auch die
Dicke der Bogenschuppe gemessen werden. Mit Hilfe des ersten Sensorsystems ist eine
Erfassung der Verlagerungsbewegung der Tastrolle 29 in Richtung auf die Unterlage 35 und
entgegengesetzter Richtung, also vertikal nach oben, realisierbar, so dass hieraus unter
Einbeziehung der jeweiligen momentanen Maschinengeschwindigkeit auch Schräg-, Früh-
und Spätbogen detektierbar sind. Die Auswertung der Daten erfolgt auch hier vorzugsweise
mit Hilfe der Steuerungs- und Regelungseinrichtung, die hier im Gehäuse 8 untergebracht ist.
Die elektromechanische Überwachungsvorrichtung 1 ermöglicht eine selbstlernende,
automatische Doppelbogenerkennung in der Bogenschuppe oder in einem Einzelbogen
aufweisenden Bogenstrom. Ferner ist ein sehr kleiner Anpressdruck der Tastrolle 29 an den
Bogenstrom möglich, wobei dieser mittels des Piezoaktuators 11 sehr schnell und exakt
einstellbar ist. Festzuhalten bleibt, dass mit der Überwachungsvorrichtung 1 eine Paket-,
Doppelbogen- und Dickenkontrolle durchgeführt werden kann. Dabei ist eine kompakte und
platzsparende Bauweise der Überwachungsvorrichtung 1 möglich. Die
Überwachungsvorrichtung 1 weist ferner den Vorteil auf, dass sie auch für dünne Bogen
einsetzbar ist. Der Messbereich der Überwachungsvorrichtung 1 liegt vorzugsweise in einem
Bereich von 0 mm bis 6 mm. Dabei ist eine sehr hohe Auflösung im Mikrometerbereich
realisierbar.
Fig. 2 zeigt stark vergrößert das Zwischengelenk 19 zwischen dem ersten Hebel 15 und dem
ersten Teilhebel 21. Das Zwischengelenk 19 weist einen definierten Drehpunkt 43 auf, um
den der erste Teilhebel 21 beziehungsweise der zweite Hebel 17 durch eine elektrische
Ansteuerung des Piezoaktuators 11 gegenüber dem ersten Hebel 15 gedreht beziehungsweise
geschwenkt wird. Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zwischengelenks 19.
Fig. 3 zeigt in stark vergrößertem Maßstab den zweiten Hebel 17 im Bereich der Blattfeder
25. Es ist ersichtlich, dass die Blattfeder 25 dadurch gebildet ist, dass entsprechend geformte
Einschnitte 45 und 47 in den zweiten Hebel 17 eingebracht wurden. Die Blattfeder 25 weist
eine geringe Dicke D auf, die kleiner 1 mm sein kann. Fig. 8 zeigt ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Blattfeder 25.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, bei dem auf der Abszissenachse die Zeit t in Sekunden und auf
der Ordinatenachse die Dicke D der zwischen der Tastrolle 29 und der Unterlage 35
befindlichen Schicht, also der Abstand X zwischen Tastrolle und Unterlage in Millimeter
aufgetragen ist. In dem Diagramm ist mit durchgezogener Linie ein erster Signalverlauf 49
und mit gestrichelter Linie ein zweiter Signalverlauf 51 eingetragen, die ein ungefiltertes
Signal beziehungsweise gefiltertes Signal zeigen, das mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels
der Überwachungsvorrichtung 1 ermittelbar ist. Im Folgenden wird rein beispielhaft davon
ausgegangen, dass die Überwachungsvorrichtung 1 einen Mikrokontroller und geeignete
Software aufweist. Um eine Überwachung des Bogenstroms durchführen zu können, muss
dem Mikrokontroller nur ein Startsignal gegeben und die Maschinengeschwindigkeit
eingegeben werden. Der Mikrokontroller überwacht die Maschinenschnittstelle und
übernimmt beim Start der Bogenzufuhr den Wert für die Messkraft, also der Kraft, mit der die
Tastrolle 29 an die Unterlage 35 beziehungsweise den Anlegertisch gepresst wird. Dann wird
durch eine elektrische Ansteuerung des Piezoaktuators 11 die Tastrolle 29 gegen die
Anlegertischoberfläche bewegt und zwar so lange, bis das Kraftmesssystem 37 die
vorgegebene Anpresskraft der Taltrolle 29 an den Anlegertisch ermittelt beziehungsweise
feststellt. Bis der erste Bogen einläuft, werden die Nulllinie 53 und die
Maschinenschwingungen (P1), ermittelt. Dies erfolgt hier zirka während der ersten zwei
Maschinenumdrehungen. Im weiteren Verlauf (P2 bis P3) ermittelt die
Überwachungsvorrichtung 1 die Bogendicke DB und gibt diese als Dickeninformation an die
Steuerungs- und Regelungseinrichtung der Vorrichtung 1 weiter. Anschließend wird der
Schuppenaufbau (P4) detektiert. Dieses Messsignal wird gefiltert der Steuerungs- und
Regelungseinrichtung zugeführt. Bei Über- beziehungsweise Unterschreiten eines oberen oder
unteren Grenzwerts 57 beziehungsweise 59 der Bogenstromdicke löst die
Überwachungsvorrichtung 1 ein Fehlersignal aus. Es wird deutlich, dass auch bereits während
des Schuppenaufbaus ein Doppelbogen oder ein Fehlbogen erkannt und als Fehlersignal
ausgegeben werden kann.
Mit Hilfe der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Überwachungsvorrichtung
1 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kontrolle des
Bogenstromaufbaus beziehungsweise des Bogenstroms durchführbar. Bei diesem Verfahren
erfolgt zunächst eine Erkennung des Schuppenaufbaus, also die Höhe der Bogenschuppe
beziehungsweise die Anzahl der sich überlappenden Bogen innerhalb der Schuppe. Hierzu
wird das Tastelement 27 zu Beginn der Bogenüberführung an die Unterlage 35
beziehungsweise den Bogenstrom angestellt. Die Detektion des Bogenstroms erfolgt also
berührend, wobei die Anpresskraft insbesondere während des Aufbaus der Bogenschuppe auf
einem konstanten Wert gehalten wird. Aus den durch die Bogenstromdetektion ermittelten
Informationen wird dann das Höhenprofil des ordnungsgemäßen, das heißt keine Doppel-,
Paket-, Fehl-, Früh-, Spät- und/oder Schrägbogen aufweisenden Bogenstroms ermittelt.
Nachdem das korrekte Höhenprofil des Bogenstroms bekannt ist, wird das Tastelement vom
Bogenstrom abgestellt, also bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nach oben
weggefahren und während der weiteren Überführung des Bogenstroms immer so in Richtung
auf den Bogenstrom und entgegengesetzter Richtung verlagert, dass der lichte Abstand
zwischen dem Tastelement und dem Bogenstrom vorzugsweise konstant, zumindest aber im
Wesentlichen konstant ist. Die getaktete Verlagerungsbewegung des Tastelements relativ
gegenüber dem Bogenstrom erfolgt also in Abhängigkeit des Konturverlaufs des Höhenprofils
des störungsfreien Bogenstroms sowie in Abhängigkeit der Maschinengeschwindigkeit.
In Fig. 6 ist das Höhenprofil 67 des in Fig. 5 dargestellten Ausschnitts des Bogenstroms 61
dargestellt. Im Bereich des Abschnitts A befindet sich der Bogenstrom 61 im Aufbau, wie ein
Vergleich mit Fig. 5 zeigt. In dem nachfolgenden Abschnitt B weist der Bogenstrom 61 ein
störungsfreies, ordnungsgemäßes Höhenprofil auf. Zwischen jeweils einer Hinterkante 69
eines vorhergehenden Bogens und einer Hinterkante 71 eines nachfolgenden Bogens ist
aufgrund der Überlappung der Bogen eine Vertiefung 73 gebildet, in die das Tastelement
während seiner oszillierenden Auf- und Abbewegung eintaucht, so dass der Abstand
zwischen dem Tastelement und der Oberseite des Bogenstroms sowohl in dem Bereich der
Vertiefung 73 als auch im Bereich der Erhebungen 75, innerhalb derer der Bogenstrom 61
seine größte Dicke aufweist, immer konstant ist. Im Abschnitt C befindet sich hier der
Doppelbogen 65 (Fig. 5), wodurch die Bogenstromdicke 61 hier genau um eine Bogendicke
dicker ist, als im Abschnitt B und in dem dem Abschnitt C nachfolgenden Abschnitt D. Da
die oszillierende Bewegung des Tastelements in Abhängigkeit des fehlerfreien Höhenprofils
(Abschnitte B und D) bestimmt und dessen Annäherung an die Unterlage während des
Transports des Bogenstroms gleichbleibend ist, stößt das Tastelement im Bereich des
Doppelbogens 65 automatisch gegen den Bogenstrom 61, entweder beim Eintauchen in die
Vertiefung 73 zwischen zwei Bogen oder in dem Bereich des Bogenstroms, in dem dieser
seine größte Dicke aufweist. Durch die Kollision des Tastelements mit dem Bogenstrom wird
auf dieses eine Kraft ausgeübt, die mittels eines der Sensorsysteme ermittelt wird, so dass
vorzugsweise
durch den Mikrokontroller eine Fehlermeldung beziehungsweise ein Fehlersignal ausgegeben
wird, was beispielsweise zu einem Abschalten der Maschine führt.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahren zur
Kontrolle des Bogenstroms die sich aus dem oben Gesagten ohne Weiteres ergeben, eine hohe
Sicherheit bei der Erkennung von Störungen im Bogenstrom erreicht werden kann.
Claims (23)
1. Überwachungsvorrichtung für die Bogenzufuhr zu einer Bogen verarbeitenden Maschine,
insbesondere Bogendruckmaschine, mit mindestens einem oberhalb oder unterhalb des
Bogenstroms angeordneten Tastelement, das mittels einer einen Stellantrieb aufweisenden
Stelleinrichtung in Richtung auf den Bogenstrom und in entgegengesetzter Richtung
verlagerbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stellantrieb (9) mindestens einen Piezoaktuator (11) aufweist oder von diesem
gebildet ist.
2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Piezoaktuator (11) durch entsprechende elektrische Ansteuerung um eine
Achse (13) kippbar ist.
3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Achse (13) im oder im Wesentlichen im Flächenschwerpunkt des
Piezoaktuators (11) liegt.
4. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Piezoaktuator (11) an einem gegenüber dem Bogenstrom ortsfest angeordneten,
starren Träger (3) angebracht ist.
5. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Piezoaktuator (11) mit einem mit dem Tastelement (27) gekoppelten, mindestens
einen Hebel aufweisenden Hebelmechanismus (7) zusammenwirkt.
6. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hebelmechanismus (7) einen unmittelbar mit dem Piezoaktuator (11)
zusammenwirkenden ersten Hebel (15) und einen das Tastelement (27) aufweisenden
zweiten Hebel (17) besitzt, wobei die Hebel (15, 17) so miteinander gekoppelt sind, dass
eine Bewegung des Piezoaktuators (11) in Bezug auf das Tastelement (27) übersetzt wird.
7. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Hebel (17) einen ersten Teilhebel (21) und einen zweiten Teilhebel (23)
aufweist, die über mindestens eine Blattfeder (25) miteinander verbunden sind.
8. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
mindestens ein erstes Sensorsystem (37) zur Ermittlung der Auslenkung des aus einer
Ruhelage auslenkbaren Tastelements (27).
9. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Sensorsystem (37) dem zweiten Hebel (17) zugeordnet ist.
10. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Sensorsystem (37) dem mit dem ersten Hebel (15) gekoppelten ersten
Teilhebel (21) zugeordnet ist.
11. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
mindestens ein zweites Sensorsystem (39) zur Ermittlung der Verbiegung der
Blattfeder (25).
12. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
einen Anschlag (41), gegen den der mit dem Tastelement (27) gekoppelte zweite Teilhebel
(23) bei Überschreiten einer bestimmten Anpresskraft des Tastelements (27) an den
Bogenstrom anschlägt.
13. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Sensorsystem (37) und/oder das zweite Sensorsystem (39) ein -
insbesondere induktives - Wegmesssystem oder Kraftmesssystem sind/ist.
14. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung, mit der die ersten und zweiten
Sensorsysteme (37, 39) verbunden sind und mittels derer der Stellantrieb (9) ansteuerbar
ist.
15. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerungs- und Regelungseinrichtung in einem den Stellantrieb (9)
aufweisenden Gehäuse angeordnet ist.
16. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerungs- und Regelungseinrichtung, das mindestens eine
Sensorsystem (37; 39), das Tastelement (27) und der Stellantrieb (9) einen intelligenten
Sensor bilden.
17. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels des Sensors Doppelbogen, Frühbogen, Spätbogen, Schrägbogen und/oder
Fehlbogen ermittelbar sind und/oder eine Dickenmessung an einem einzelnen Bogen oder
am Bogenstrom durchführbar ist.
18. Verfahren zur Kontrolle des Bogenstromaufbaus beziehungsweise des Bogenstroms
während seiner Überführung in eine Bogen verarbeitende Maschine, bei dem mindestens
ein Tastelement in Richtung eines Gegendruckelements verlagerbar ist, über das der
geschuppte oder Einzelbogen aufweisende Bogenstrom geführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Tastelement an den Bogenstrom angestellt wird und diesen während seiner
Überführung in die Maschine detektiert, und dass das Tastelement in Abhängigkeit der
momentanen Bogenstromdicke immer so gegenüber dem Bogenstrom verlagert wird, dass
die Anpresskraft, mit der das Tastelement an den Bogenstrom angepresst wird, auf einem
vorgebbaren Wert beziehungsweise innerhalb eines vorgebbaren Wertebereichs gehalten
wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anpresskraft des Tastelements an den Bogenstrom überwacht wird und dass beim
Überschreiten oder Unterschreiten eines Grenzwertes ein Fehlersignal ausgelöst wird.
20. Verfahren zur Kontrolle des Bogenstromaufbaus beziehungsweise des Bogenstroms
während seiner Überführung in eine Bogen verarbeitende Maschine, bei dem mindestens
ein Tastelement in Richtung eines Gegendruckelements verlagerbar ist, über das der
geschuppte oder Einzelbogen aufweisende Bogenstrom geführt ist, mit folgenden
Schritten:
- - Erkennung des Bogenstromaufbaus, indem das Tastelement zu Beginn der Bogenüberführung den Bogenstrom berührend detektiert,
- - aus den durch die Bogenstromdetektion ermittelten Informationen wird das Höhenprofil des Bogenstroms ermittelt,
- - das Tastelement wird danach vom Bogenstrom abgestellt und während der weiteren Überführung des Bogenstroms immer so in Richtung auf den Bogenstrom und in entgegengesetzter Richtung verlagert, dass der lichte Abstand zwischen dem Tastelement und dem Bogenstrom konstant oder im Wesentlichen konstant ist,
- - bei einer Störung des Bogenstroms wird eine Fehlermeldung ausgegeben.
21. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Tastelement in Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Bogen verarbeitenden
Maschine oszillierend verlagert wird, um die Kontur beziehungsweise das Höhenprofil des
Bogenstroms berührungslos zu überwachen.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 oder 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Tastelement bei einem Einzelbogen aufweisenden Bogenstrom in einer ersten
Endlage in mindestens einen, vorzugsweise in jeden Freiraum eintaucht, der zwischen
einem vorhergehenden Bogen und einem mit einem Abstand unmittelbar nachfolgenden
Bogen gebildet ist.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 oder 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Tastelement bei einem geschuppten Bogenstrom in einer ersten Endlage in
mindestens eine, vorzugsweise in jede Vertiefung eintaucht, die sich zwischen der
Hinterkante eines vorhergehenden Bogens und der Hinterkante eines nachfolgenden, vom
vorhergehenden Bogen überlappten Bogens befindet.
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