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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Verfahrgeschwindigkeit
einer Einheit einer bedruckstoffverarbeitenden Maschine.
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In
der
EP 0 799 783 A2 ist
eine Steuerung für den
Stapelhubantrieb beschrieben, welche eine Überwachungseinrichtung umfaßt, die
von einer Auswertereinheit über
eine Leitung genau dann ein Signal erhält, wenn die Verfahrgeschwindigkeit
einer Stapeltragplatte den positionsabhängig festgelegten Maximalwert überschreitet.
In diesem Fall wird ein Antriebsmotor durch die Überwachungseinrichtung stillgesetzt.
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Ungünstig an
der beschriebenen Steuerung ist, daß bei einem Ausfall der Überwachungseinrichtung
Folgeschäden
auftreten können.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Verfahrgeschwindigkeit einer Einheit einer bedruckstoffverarbeitenden Maschine
und eine mit einer solchen Vorrichtung ausgestattete bedruckstoffverarbeitende
Maschine.
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Eine
solche Vorrichtung ist beispielsweise die in der zuvor erwähnten Druckschrift
beschriebene Steuerung, deren Winkelgeber als ein Absolutwinkelgeber
ausgebildet ist. Ein die Stapeltragplatte antreibender Antriebsmotor
ist derart mit dem Winkelgeber über
ein Untersetzungsgetriebe verbunden, daß der gesamte Verfahrweg der
Stapeltragplatte nicht ganz eine Umdrehung eines Rotors des Winkelgebers
hervorruft.
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In
DE 19600110 A1 ist
ein elektrisches Antriebssystem zur Verstellung von einem oder mehreren
dreh- und/oder schwenkbaren Funktionsteilen, wie z. B. Zylindern
oder Walzen von Druckmaschinen, in seiner bzw. ihrer Winkellage
oder -geschwindigkeit beschrieben. In dem Antriebssystem ist ein
Sicherheitsmodul implementiert, welches zwei oder mehr redundant
angeordnete Winkellagegeber aufweist.
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In
DE 1106403 A ist
eine Einrichtung zum Anschließen
einer von einer Rolle ablaufenden Bahn an eine neue Bahn, insbesondere
für den
Papierrollenwechsel an Rotationsdruckmaschinen, beschrieben. Die
Einrichtung umfasst einen Tachometer-Generator zur Messung der Umfangsgeschwindigkeit der
Rolle der neuen Bahn und einen weiteren Tachometer-Generator zur
Messung der Betriebsgeschwindigkeit der Druckmaschine.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung
der Verfahrgeschwindigkeit einer Einheit einer bedruckstoffverarbeitenden Maschine
anzugeben, bei welchem eine hohe Betriebssicherheit der Maschine
gegeben ist, und mindestens eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete
Vorrichtung sowie eine damit ausgestattete Maschine zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird die
gestellte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1, durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der Ansprüche 5 und
6 und durch eine Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
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Bei
störungsfreiem
Betrieb der Maschine erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zumindest zeitweise eine Parallelüberwachung der Verfahrgeschwindigkeit
durch die beiden Meßeinrichtungen,
so daß auch
bei einem Ausfall der ersten Meßeinrichtung
daraus resultierende Schäden,
wie z. B. Einklemmungen oder andere Verletzungen des Bedieners der
Maschine und das Ausbrechen von Zähnen eines koppelbaren Zahnradgetriebes
der Maschine sicher vermieden werden.
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Die
erfindungsgemäßen Vorrichtungen zeichnen
sich unter anderem dadurch aus, daß der Winkelgeber als ein Relativwinkelgeber
ausgebildet ist.
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Auf
einem Bereich von 360° eines
Rotors des Relativwinkelgebers ist nur ein bestimmter Anteil des
gesamten Verfahrweges der Einheit, d. h. nicht der gesamte Verfahrweg,
abgebildet.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen
sind in den Unteransprüchen
genannt und ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.
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In
dieser zeigt:
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1 eine
schematisch und ausschnittsweise dargestellte bedruckstoffverarbeitende
Maschine mit einer von einem Motor antreibbaren und entlang eines
Verfahrweges verfahrbaren Einheit und
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2 ein
Diagramm, welches die Drehzahl des Motors als eine Funktion von
verschiedenen Positionen der Einheit innerhalb des Verfahrweges
beinhaltet.
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In
der 1 ist eine als eine Druckmaschine ausgebildete
bedruckstoffverarbeitende Maschine 1 im Ausschnitt dargestellt.
Der Ausschnitt zeigt ein Lackierwerk, welches die Maschine 1 neben
mehreren Offsetdruckwerken umfaßt.
Zum Lackierwerk gehört eine
vertikal verfahrbare Einheit 2, deren einzelne Bestandteile
nicht näher
dargestellt sind. Zu den Bestandteilen gehört ein Auftragszylinder zum
Auftragen des Lackes auf einen bogenförmigen Bedruckstoff, welcher
dabei auf einen in einem Gestell 20 der Maschine 1 gelagerten
Gegendruckzylinder aufliegt.
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Bei
einer in eine vom Gegendruckzylinder weit zurückgezogene, durch einen am
Gestell 20 befestigten oberen Anschlag bestimmte und von
einem Sensor 3 detektierte obere Endposition in Vertikalrichtung
verfahrenen Einheit 2 ist der Auftragszylinder zu seiner
manuellen Reinigung gut zugänglich, bei
welcher der Auftragszylinder von einem elektrischen Hilfsmotor über eine
schaltbare Kupplung langsam rotiert wird. Der Hilfsmotor und die
Kupplung sowie eine dem Auftragszylinder beim Drucken den Lack zuführende und
aus einer in einer Lackwanne angeordneten Tauchwalze sowie einer
mit dieser und dem Auftragszylinder in Abrollkontakt stehenden Dosierwalze
bestehende Zuführeinrichtung
sind ebenfalls Bestandteile der Einheit 2.
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Bei
einer in eine durch einen am Gestell 20 befestigten unteren
Anschlag bestimmte und von einem weiteren Sensor 4 detektierte
untere Endposition verlagerten Einheit 2 befindet sich
der Auftragszylinder nah am Gegendruckzylinder und befinden sich ein
mit diesem drehfest und koaxial verbundenes Zahnrad 19 und
ein mit dem Auftragszylinder koaxial und drehfest verbundenes Zahnrad 18 im
Gegensatz zur oberen Endposition im Eingriff miteinander. Nachdem
der Auftragszylinder vor Erreichen des Zahneingriffs durch das Lösen der
Kupplung vom gestellfesten Hilfsmotor entkoppelt wurde, ist der
Auftragszylinder von einem den Gegendruckzylinder antreibenden elektrischen
Hauptmotor der Maschine 1 über die miteinander kämmenden
Zahnräder 18 und 19 beim
Drucken zusammen mit dem Gegendruckzylinder rotativ antreibbar.
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Zum
Verfahren der Einheit 2 ist diese von einem umlaufende
Bürstenstromabnehmer
aufweisenden elektrischen Motor 5 über ein Getriebe antreibbar,
welches aus im Gestell 20 gelagerten, verzahnten Rädern 6 und 7 sowie
einem von diesen geführten
vielgelenkigen und dadurch schmiegsamen Zugmittel 8 besteht,
das als eine Kette ausgebildet ist. Das vom Motor 5 angetriebene
Rad 6 treibt das Zugmittel 8 und über dieses
das Rad 7 an. Das Zugmittel 8 wird über die
Einheit 2 geschlossen, indem das Ende eines an die Einheit
von unten heran geführten Abschnitts
des Zugmittels 8 über
eine das Zugmittel 8 unter Spannung haltende, zugbelastbare
und schraubenförmige
Feder 9 und das Ende eines durch das Gewicht der Einheit 2 belasteten,
von oben an die Einheit 2 heran geführten Abschnitts an der Einheit 2 befestigt
sind.
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Der
Motor 5 wird zum Anheben und Absenken der Einheit 2 gemäß eines
mehrphasigen Geschwindigkeitsprofiles – vergl. 2 – von einer
elektronischen Steuereinrichtung angesteuert, welche aus zwei Kontrolleinrichtungen 10 und 11,
aus zwei Rechnern 12 und 13, aus einem Leistungsverstärker 15 sowie
aus den beiden Sensoren 3 und 4 besteht. Die Kontrolleinrichtung 10 bildet
zusammen mit dem Rechner 13 eine erste Meßeinrichtung
zur Messung der Verfahrgeschwindigkeit der Einheit 2 und
die zweite Kontrolleinrichtung 11 bildet zusammen mit dem
Rechner 12 eine zweite Meßeinrichtung, welche unabhängig von
der ersten Meßeinrichtung
und zeitweise im Parallelbetrieb mit letzterer die Verfahrgeschwindigkeit
der Einheit 2 mißt.
Die zwei je einen Mikroprozessor enthaltenden Rechner 12 und 13 sind über einen
seriellen Bus 14 (sogenannter S-Bus) miteinander zum Austausch
von Befehlen und Zustandsmeldungen verknüpft. Der den Motor 5 bestromende
und mit diesem dazu über
eine elektrische Leitung e verknüpfte Leistungsverstärker 15 (sogenannte
Leistungsendstufe) ist über
weitere elektrische Leitungen c, d und f mit der Kontrolleinrichtung 10 und
den Rechnern 12 und 13 verknüpft. Die Sensoren 3 und 4 sind,
wie auch die Kontrolleinrichtung 11, über die Leitungen a und b mit
den Rechnern 12 und 13 verknüpft.
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In
der 1 sind die elektrischen Leitungen der Steuereinrichtung
zur besseren Übersicht
mit zusammengefaßten
Leitungssträngen
dargestellt. Die Leitungen a und b sind jeweils 3-polig, die Leitung
c ist 1-polig, die Leitung d ist 34-polig, die Leitung e 2-polig
und die Leitung f 4-polig.
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Die
Sensoren 3 und 4 sind wie auch die zwischen diesen
im unteren Viertel des Verfahrweges angeordnete Kontrolleinrichtung 11 als
jeweils ein am Gestell 20 befestigter, mechanisch betätigbarer Schalter
ausgebildet, dessen elektrischer Stromdurchfluß im von der Einheit 2 zeitweise
gedrückten Zustand
des Schalters anders als im ungedrückten Zustand und z. B. unterbrochen
ist. Zur Betätigung
eines druckknopfähnlichen
Tasters 16 der Kontrolleinrichtung 11 ist die
Einheit 2 mit einem angefasten Nocken 17 mit bekannter
Schaltlänge
L von z. B. 20,2 mm ausgestattet, der während des Vorbeifahrens der Einheit 2 an
der Kontrolleinrichtung 11 über die Schaltlänge L hinweg
den Taster 16 zurückdrückt und die
Kontrolleinrichtung 11 dadurch solange in einem bestimmten
Schaltzustand hält,
bis sich der Taster 16 nicht mehr innerhalb der an diesem
vorbeibewegten Schaltlänge
L befindet und gefedert von selbst wieder vorspringt, wodurch die
Kontrolleinrichtung 11 zurückgeschaltet wird. Die Kontrolleinrichtung 10 ist
als ein Inkrementalgeber und genauer gesagt als ein Winkelgeber
in Form eines 2-kanaligen Tachogebers ausgebildet, dessen Aufbau
zum besseren Verständnis
nachfolgend kurz erläutert
wird. Es handelt sich bei dem Tachogeber um einen optischen Impulsgeber
mit einem vom Motor 5 rotierbaren und mit dessen Welle
drehfest und koaxial verbundenen sowie mit Markierungen kodierten
Rotor 23. Dieser ist als eine Scheibe ausgebildet, welche
mit Schlitzen als die Markierungen versehen ist. Die Schlitze sind
mit konstantem Abstand zueinander in einer um die Drehachse der
Scheibe koaxial verlaufenden Reihe in die Scheibe eingebracht und
werden beim Umlauf der Scheibe durch zwei in deren Umfangsrichtung zueinander
winkelversetzt und ortsfest angeordnete optische Sensoren in Form
von Lichtschranken abgetastet, von denen jede pro Schlitz bei jeder
Umdrehung der Scheibe ein Signal erzeugt. Die nacheinander ausgelösten Signale
werden durch eine in den Tachogenerator integrierte Verstärkerschaltung
zu zwei Rechtecksignalen mit 90°-Phasenversatz
zueinander umgewandelt. Auf diese Weise werden alle Schlitze der
Scheibe bei jedem Umlauf von dieser nacheinander von den optischen
Sensoren abgetastet. Die elektronische Steuereinrichtung erkennt
die jeweils aktuelle Drehrichtung des Motors 5 daran, welches
der beiden Rechtecksignale das den anderen vorauseilende und welches
das nacheilende ist. Mit anderen Worten gesagt, werden vom Tachogeber bei
jeder Umdrehung seines Rotors 23 (Scheibe) pro Markierung
(Schlitz) zwei Signale erzeugt, deren jeweilige Phasenversatzrichtung
mit der jeweiligen Drehrichtung des Motors 5 und der jeweiligen
Verfahrrichtung der Einheit 2 korrespondiert. Aus der Frequenz
mindestens eines der beiden periodischen Rechtecksignale berechnet
die elektronische Steuereinrichtung die Drehzahl des Motors 5.
Dabei zählt die
Steuereinrichtung die beim Verfahren der Einheit 2 über deren
Verfahrweg aus einer Endposition in die jeweils andere die den Wert „Eins” weit übersteigende
Anzahl von der Scheibe ausgeführter
Umdrehungen.
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Bei
einer hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus nur geringfügig und
hinsichtlich des Funktionsprinzips praktisch nicht von der bisher
beschriebenen konstruktiven Ausbildung der Maschine 1 abweichenden
Modifikation sind die Teile 3, 4, 11,
und 17 in alternativen Einbaupositionen angeordnet. Die
alternativen Einbaupositionen sind durch einen Apostroph an der
ansonsten gleichlautenden Ziffer des versetzt angeordneten Teiles
kenntlich gemacht. Zur modifizierten Variante gehören zudem
auch die Teile 21' und 22'. Mit dem Bezugszeichen 21' ist ein mit dem
Rad 6 und damit dem Zugmittel 8 antriebsmäßig verbundenes
Zahnradgetriebe bezeichnet, zu welchem ein Zahnrad 22' gehört, das
drehfest mit dem Nocken 17' verbunden
ist, so daß dieser
sich mit dem aufgrund der Untersetzung keine volle Umdrehung ausführenden
Zahnrad 22' mitdreht.
Das im Gestell 20 gelagerte Zahnrad 22' dreht sich
je nach Verfahrrichtung der Einheit 2 im Uhrzeigersinn
oder entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn. Die vorbekannte Schaltlänge des
Nocken 17' ist
bei der modifizierten Anordnung eine Bogenlänge, über welche hinweg der Nocken 17' die in dessen
Schwenkweg angeordnete Kontrolleinrichtung 11' betätigt. Wenn
sich die Einheit 2 in ihrer unteren Endposition befindet,
ist der Nocken 17' in
einen Umkehrpunkt geschwenkt, in welchem er den Sensor 4' betätigt. Bei
in ihrer oberen Endposition befindliche Einheit 2 hält der Nocken 17' den Sensor 3' gedrückt.
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Nachfolgend
soll die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit der dargestellten Vorrichtung erläutert werden:
In der 2 ist
eine Drehzahlkurve des Motors 5 dargestellt, deren Kurvenpunkte
A' bis H' in Form eines Kennfeldes
als Software im Rechner 13 abgespeichert sind. Die zwischen
den Kurvenpunkten A' bis
H' liegenden Kurvenpunkte
berechnet der Rechner 13 durch Interpolation. Die Kurvenabschnitte
A'-B' und G'-H' haben nur bei der
modifizierten (Anordnung 3', 4', 11' und 17') Ausführungsform
Gültigkeit.
Bei anlaufendem Motor findet hierbei innerhalb des Kurvenabschnitts
von H' nach G' eine Straffung des
Zugmittels 8 statt, ohne daß die Einheit 2 vorerst
aus ihrer unteren Endposition, die sie im Kurvenpunkt G inne hat,
bewegt wird. Innerhalb des Kurvenbereiches G' nach H' erfolgt bei auslaufendem Motor 5 eine
Lockerung des beim Anheben der Einheit 2 deren Gewicht
tragenden Lasttrums des Zugmittels 8 und eine Anspannung
der Feder 9 über
den beim Anheben der Einheit 2 als Leertrum fungierenden
Abschnitt des Zugmittels 8, obwohl die Einheit 2 im
Kurvenpunkt G' bereits
ihre untere Endposition erreicht hat und sich nicht über diese
hinaus weiter bewegt. Der sich ergebende Vor- und Nachlaufweg des
Zugmittels 8 gegenüber
der Einheit 2 wird bei mit dem Zugmittel 8 über das
Zahnradgetriebe 21 gekoppelten Nocken 17', der noch ein
Stück nachläuft, nachdem
die Einheit 2 ihre jeweilige Endposition erreicht hat,
bevor der Nocken 17' den
jeweiligen Sensor 3' oder 4' betätigt, als
scheinbarer Verfahrweg der Einheit 2 von jeweils 8 mm berücksichtigt.
Der Kurvenpunkt A' bezeichnet
die obere Endposition der Einheit 2, in welcher diese am
straff gespannten Zugmittel 8 hängt. Eine auf die nicht modifizierte
Maschine 1 (Anordnung 3, 4, und 17)
bezogene Kurve ist in das in der 2 vorgestellte
Diagramm mit unterbrochener Linie eingezeichnet und enthält die in
ihrer Bedeutung mit den Kurvenpunkten B' bis G' korrespondierenden Kurvenpunkte B bis
G.
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Beim
Abfahren der Einheit 2 aus ihrer oberen Endposition B' wird die Solldrehzahl
als lineare Funktion der Position der Einheit 2 linear über diese
Position solange erhöht,
bis bei der Position 220,16 mm im Kurvenpunkt C' die maximale Drehzahl von 3000 Umdrehungen
pro Minute, das sind 50 Umdrehungen pro Sekunde, erreicht wird.
Mit dieser Drehzahl fährt die
Einheit 2 abwärts
zu Position 69,8 mm, die im Kurvenpunkt D' erreicht ist. Ab diesem Kurvenpunkt wird
die Drehzahl derart reduziert, daß im Kurvenpunkt G' bei der Position
0 mm, wenn die Einheit 2 auf ihren unteren Anschlag aufsetzt
vom Motor 5 die Drehzahl 500 Umdrehungen pro Minute, das
sind 8, 3 Umdrehungen pro Sekunde, erreicht wird. Beim Verfahren
der Einheit 2 erfaßt
der Rechner 13 mit Hilfe der Kontrolleinrichtung 10 und
der Sensoren 3 und 4 die Position und Geschwindigkeit
der Einheit 2 und regelt deren Drehzahl und Lage gemäß dem Prinzip einer
Kaskadenregelung. Der Rechner 12 gibt dem Rechner 13 die
Befehle zum Anheben und Absenken der Einheit 2 und überwacht
mit Hilfe der Kontrolleinrichtung 11 beim Absenken der
Einheit 2 im kritischen Bereich E-F bzw. E'-F', kurz bevor deren
Zahnrad 18 mit dem Zahnrad 19 in Eingriff kommt,
d. h. kurz bevor die Einheit 2 ihre auf den unteren Anschlag
bezogene Position 0 mm erreicht, die Verfahrgeschwindigkeit der
Einheit 2. Die Geschwindigkeit im Kurvenbereich E-F bzw.
E'-F' berechnet der Rechner 12,
indem er den Schaltweg L durch die Schaltzeit dividiert, während welcher
die Kontrolleinrichtung 11 bzw. 11' durch das Drücken deren Tasters 16 durch
den an diesem entlang gleitenden Nocken 17 bzw. 17' zeitweise umgeschaltet
gehalten wird.
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Der
Schaltweg L beginnt bei der Position 52,4 mm und erstreckt sich
bis zur Position 32,6 mm. Der Rechner 12 mißt die Zeit
zwischen der steigenden und der fallenden Flanke eines von der Kontrolleinrichtung 11 zum
Rechner 12 geführten
Schaltsignals und kann somit auf die Geschwindigkeit der Einheit 2 schließen.
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Übersteigt
der Quotient, und damit die Ist-Verfahrgeschwindigkeit, einen der
Soll-Verfahrgeschwindigkeit
entsprechenden bestimmten Wert und ist die Geschwindigkeit der Einheit 2 in
diesem Fall derart hoch, daß ein
zu hartes Aufsetzen der Einheit 2 auf ihren unteren Anschlag
und eine Zerstörung
der Zahnräder 18 und 19 zu
befürchten
wäre, dann
greift vorteilhafterweise der Rechner 12 ein und hält unabhängig vom
Rechner 13 über
die Leitung c den Motor 5 an, indem der Rechner 12 in
der Regel die Freigabe des Leistungsverstärkers 15 sperrt und
dadurch die Einheit 2 vor deren Aufsetzen sicher zum Stehen bringt.
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Da
der Rechner 13 alle wenigen Millisekunden die von der Kontrolleinrichtung 10 erfaßt Istdrehzahl
des Motors 5 mit dessen gemäß dem Geschwindigkeitsprofi – vergl. 2 – im Rechner 13 abgelegter
Solldrehzahl vergleicht, ist das die Abfahrgeschwindigkeit der Einheit 2 verringernde
Eingreifen des Rechners 12 nur bei einem Defekt am Rechner 13 erforderlich.
Wurde in einem solchen Fall vom Rechner 12 der Motor 5 abgeschaltet,
so daß nach der
Abschaltung der Nocken 17 bzw. 17' sowohl außer Kontakt zum Sensor 3 bzw. 3' als auch außer Kontakt
zum Sensor 4 bzw. 4' ist,
dann wird die Einheit 2 nach dem Wiedereinschalten des
Motors 5 mit begrenzter Geschwindigkeit aufwärts gefahren,
bis der Sensor 3 bzw. 3' betätigt wird. Der Sensor 3 bzw. 3' dient somit
vorteilhafterweise der Selbstkalibrierung der Steuereinrichtung,
indem er eine Referenzposition für
die Kontrolleinrichtung 10 signalisiert, welche somit nicht
als Absolutwinkelgeber ausgebildet sein braucht, sondern ein Relativwinkelgeber sein
kann.
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Der
Sensor 4 dient beim störungsfreien
Abfahren der Einheit 2 zum Abschalten des Motors 5 und
wird vom Rechner 13 zur Bestimmung der absoluten Position
der Einheit 2 verwendet. Beim Aufwärtsfahren durchlauft die Einheit 2 das
in der 2 dargestellte Geschwindigkeitsprofil im entgegengesetzten
Sinn von der Position 0 mm bis zur Position 249 mm.
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Die
Zeit zum Bewegen der Einheit 2 in beide Bewegungsrichtungen
kann durch die Bestimmung der Geschwindigkeit der Einheit 2 in
Abhängigkeit von
deren im Rechner 13 abgelegten Positionen und berechneten
Zwischenpositionen vorteilhafterweise so gering wie möglich gehalten
werden.
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- 1
- Maschine
- 2
- Einheit
- 3,
3'
- Sensor
- 4,
4'
- Sensor
- 5
- Motor
- 6
- Rad
- 7
- Rad
- 8
- Zugmittel
- 9
- Feder
- 10
- Kontrolleinrichtung
- 11,
11'
- Kontrolleinrichtung
- 12
- Rechner
- 13
- Rechner
- 14
- S-Bus
- 15
- Leistungsverstärker
- 16
- Taster
- 17,
17'
- Nocken
- 18
- Zahnrad
- 19
- Zahnrad
- 20
- Gestell
- 21'
- Zahnradgetriebe
- 22'
- Zahnrad
- 23
- Rotor
- A' bis H'
- Kurvenpunkte
- B
bis G
- Kurvenpunkte
- L
- Schaltlänge
- a
bis g
- Leitung