DE10107135A1 - Rollendruckmaschine sowie Verfahren zur Schwingungsdämpfung hieran - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rollendruckmaschine, insbesondere Flexodruckmaschine, bei der mehrere Walzen aufeinander abrollen sowie ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung an einer solchen Druckmaschine. Erfindungsgemäß ist eine aktive Dämpfung vorgesehen, bei der auftretende Lageabweichungen zumindest einer Walze erfaßt werden und jeweils entgegengerichtete Dämpfungskräfte auf die zumindest eine Walze gegeben werden. Die Dämpfungskräfte werden mittels eines Aktors erzeugt, der in Abhängigkeit der erfaßten Lageabweichungen angesteuert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rollendruckmaschine, insbesondere eine Flexodruckmaschine, bei der mehrere Walzen aufeinander abrollen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Schwingungsdämpfung an einer solchen Druckma­ schine.

Der Flexodruck ist bekanntlich ein Hochdruckverfahren. Durch hochstehende, er­ habene Druckformanteile auf der Formwalze wird Farbe von einer darauf abrollen­ den Farbwalze auf den Bedruckstoff übertragen, der auf einem Gegendruckzylinder angeordnet ist. Die erhabenen Anteile der Druckform regen Kraftstöße ortogonal zur Kontaktfläche zwischen Farbwalze und Formwalze sowie Formwalze und dem Gegendruckzylinder an. Die eingeleiteten Kraftstöße bestehen hierbei aus einem breitbandigen Frequenzspektrum, das die Walzen zu Schwingungen anregt. Die Schwingungen führen zu Streifenbildung im Druckbild und beeinträchtigen dessen Qualität. Drucktechnische Versuche haben ergeben, daß bereits Lageabweichun­ gen der Walzenpositionen zueinander von fünf Mikrometer und weniger bei einer Frequenz größer zehn Hertz als Störungen im Druckbild erkennbar sind.

Um die Auswirkungen dieser Anregung klein zu halten, ist eine Schwingungs­ dämpfung der Walzen der Flexodruckmaschine notwendig. Hierzu ist es bekannt, die Walzen der Maschine möglichst massereich auszubilden, so daß sie eine große Trägheit erhalten und nur schwer zu Schwingungen anzuregen sind. Hierdurch werden die Maschinen jedoch dementsprechend schwer. Ferner wurde bereits vor­ geschlagen, die Gestelle aus schwingungsabsorbierendem Material herzustellen oder auch die Druckform mit einer schwingungsdämpfenden Trägerschicht für den Druckbetrieb zu optimieren. Die hiermit erreichbaren Ergebnisse sind jedoch weiter verbesserungsfähig.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Druckmaschine der eingangs genannten Art sowie ein verbessertes Verfahren zur Schwingungsdämpfung an einer solchen Maschine zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere solle eine effektivere Schwingungsdämpfung erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Rollendruckmaschine gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß ist also eine aktive Dämpfung der Walzen bzw. Zylinder der Druckmaschine vorgesehen. Es werden auftretende Lageabweichungen zumindest einer Walze erfaßt, die sodann mit den erfaßten Lageabweichungen jeweils entge­ gengerichteten Dämpfungskräften beaufschlagt wird. Die Dämpfungskräfte werden auf die zumindest eine Walze mittels eines Aktors aufgebracht, der in Abhängigkeit der erfaßten Lageabweichungen angesteuert wird. Die Dämpfungskräfte werden also hinsichtlich ihrer Größe und/oder Richtung in Abhängigkeit der tatsächlich auf­ tretenden Schwingungen gesteuert. Hierdurch kann eine deutlich verbesserte Schwingungsdämpfung und damit ein qualitativ hochwertiges Druckbild erreicht werden.

Die Erfassungsvorrichtung, mit der die auftretenden Lageabweichungen erfaßt werden, arbeitet vorzugsweise berührungslos. Vorzugsweise kann eine optische Erfassung, insbesondere ein Lasertriangulationsmesser vorgesehen sein, dessen Optoelektronik die Position reflektierten Laserlichtes erkennt. Die Änderung der Po­ sition des reflektierten Laserlichtes ist proportional zu einer Lageänderung.

Vorzugsweise werden Lageänderungen eines Lagerzapfens des Formzylinders bzw. eines Lagerbockes erfaßt, an dem die entsprechende Walze der Druckma­ schine gelagert ist. Es werden vorteilhafterweise Lageänderungen nahe dem Bau­ teil, auf das der Aktor wirkt, erfaßt.

Um die Schwingungen der Druckwalze noch präziser erfassen zu können, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, Eigenschwingungen des Meßaufneh­ mers, mit dem die Lageabweichungen der entsprechenden Walze erfaßt werden, zu eliminieren. Hierzu kann ein weiterer Meßaufnehmer vorgesehen sein, der La­ geabweichungen des dem Lagerbock zugeordneten Meßaufnehmers erfaßt. Die Signale des weiteren Meßaufnehmers werden von den Signalen des Meßaufneh­ mers zur Erfassung von Lageabweichungen der Druckwalze abgezogen. Nach ei­ ner vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist mit dem optoelektronischen Meßauf­ nehmer ein Beschleunigungssender verbunden, der Eigenschwingungen des opto­ elektronischen Meßaufnehmers erfaßt.

Der Aktor zum Aufbringen der Dämpfungskräfte kann grundsätzlich verschieden ausgebildet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung arbeitet er nach dem piezoelektrischen Prinzip. Mittels einem Piezoelement können einerseits sehr kurze Ansprechzeiten realisiert und andererseits ausreichend große Kräfte zur Dämpfung der Walzenschwingungen aufgebracht werden. Ein elektrisches Ansteu­ ersignal wird in einem Leistungssteller in eine Spannung überführt, die einen Pie­ zokristall zur Längenänderung veranlaßt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann der Aktor nach dem elektromagnetischen Prinzip arbeiten. Die geforderten Ansprechzeiten und notwendigen Kräfte können auch durch einen Elektromagneten aufgebracht wer­ den. Ein Ansteuersignal wird in einem Leistungssteller hochgetaktet und in eine Spannung gewandelt, die sehr schnell einen hohen Strom treibt. Der Strom führt in Verbindung mit dem Elektromagneten zu einer entsprechenden Kraft.

In Weiterbildung der Erfindung wirkt der Aktor auf einen Lagerbock ein, an dem die Formwalze der Druckmaschine gelagert ist. Zweckmäßigerweise ist jedem der La­ ger der Formwalze ein entsprechender Aktor zugeordnet.

Der Aktor kann einachsig ausgebildet sein, d. h. er beaufschlagt die entsprechende Walze nur in einer Richtung bzw. in der dazu umgekehrten Richtung mit Dämp­ fungskräften. Vorzugsweise ist der Aktor derart ausgerichtet und angeordnet, daß die Dämpfungskräfte ortogonal zur Kontaktfläche zwischen der Farbwalze und der Formwalze und/oder ortogonal zur Kontaktfläche zwischen Formwalze und dem den Bedruckstoff tragenden Gegendruckzylinder gerichtet sind.

Die Ansteuerung des Aktors bzw. der mehreren Aktoren erfolgt vorzugsweise mit­ tels eines speziellen Reglers.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist ein nichtlinearer Regler zur Ansteuerung des Aktors vorgesehen. Um die aus den Kraftstößen durch die Erhe­ bungen der Druckform resultierenden Lageabweichungen zu minimieren, ist eine schnelle Erfassung der Lage und starke Reaktion schon bei kleinen Auslenkungen notwendig. Das System ändert seine Eigenschaften zwischen dem Auftreten der punktuellen oder flächigen Bindung und den druckfreien Lücken sehr stark. Hier­ durch besitzt das System im Betrieb im hohen Maße nicht lineare Eigenschaften, so daß die auftretenden Schwingungen durch einen nichtlinearen Regler besonders effektiv gedämpft werden können. Insbesondere kann eine Sliding-Mode-Regelung zur Ansteuerung des Aktors eingesetzt werden oder ein ähnlicher nichtlinearer Regler Anwendung finden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine adaptive Ge­ gensteuerung vorgesehen. Insbesondere kann eine sich wiederholende Abwei­ chung pro Umdrehung der jeweiligen Walze gemessen und winkelfest bei der Um­ drehung der Walze bewertet werden. Der zu kompensierende Anteil der Abwei­ chung zwischen Soll- und Istlage der am Druckprozeß beteiligten Walzen hat die Eigenschaft, pro Umdrehung des Formzylinders wiederzukehren. Es kann daher ein ortsfester, über die Winkellage der Walzen zugeordneter Algorithmus die jeweils noch verbleibende Abweichung bewerten und die Gegensteuerung so beeinflussen, daß die Abweichung ausgeglichen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Flexodruckma­ schine mit aktiver Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Schwingun­ gen,

Fig. 2 eine schematische, perspektivische Detailansicht eines Meßaufnehmers zur Erfassung von Lageabweichungen eines Formzylinders der Flexo­ druckmaschine aus Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische, perspektivische Detailansicht eines dem Formzylin­ der der Flexodruckmaschine aus den vorhergehenden Figuren bzw. dessen Lagerbock zugeordneten Aktors zur Beaufschlagung der Form­ walze mit Dämpfungskräften, und

Fig. 4 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen Lageabweichung und Drehwinkel des Formzylinders zeigt.

Die in den Zeichnungen gezeigte Flexodruckmaschine besitzt einen Formzylinder 1, auf dessen Mantelfläche in der üblichen Weise Klischees 2 aufgebracht sind. Auf einer Seite des Formzylinders 1 ist parallel zu diesem eine Farbwalze 3 angeordnet, die auf dem Formzylinder 1 abrollen kann und die Klischees 2 mit Druckfarbe versieht. Auf der gegenüberliegenden Seite der Farbwalze 3 ist ein Gegendruckzy­ linder 4 vorgesehen, der in üblicher Weise das zu bedruckende Material trägt und in der üblichen Weise parallel zum Formzylinder 1 angeordnet ist und auf diesem ab­ rollen kann (vgl. Fig. 1).

Die Farbwalze 3, der Formzylinder 1 sowie der Gegendruckzylinder 4 sind jeweils mittels Lagerböcken 6 gelagert, die stirnseitig Lagerzapfen der Walzen bzw. Zylin­ der tragen. Wie Fig. 1 zeigt, sitzen die Lagerböcke 6, die die Farbwalze 3 und den Formzylinder 1 lagern, längsverschieblich auf einem Maschinengestell 5. Mittels am Maschinengestell 5 abgestützter Spindeln 7 können die Lagerböcke 6 und damit die Farbwalze 3 sowie der Formzylinder 1 senkrecht zu ihrer Rotationsachse ver­ stellt werden. In der gezeigten Ausführungsform sind die Farbwalze 3, der Formzy­ linder 1 sowie der Gegendruckzylinder 4 hintereinander entlang einer Geraden an­ geordnet.

Dem Formzylinder 1 ist eine Erfassungseinrichtung 8 zugeordnet, die dessen La­ geabweichungen aus einer Sollage erfaßt. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Erfassungsein­ richtung 8 ein Lasertriangulationsmesser, der im Bereich des den Formzylinder 1 tragenden Lagerbocks 6 am Maschinengestell 5 befestigt ist und Lageabweichun­ gen des in dem Lagerbock 6 gelagerten Lagerzapfens 9 des Formzylinders 1 er­ faßt. Mittels einer Laserdiode 10 wird auf den Lagerzapfen 9 Laserlicht geworfen, das von dem Lagerzapfen 9 reflektiert und von einer optoelektronischen Einheit 11 aufgefangen wird (vgl. Fig. 2). Die optoelektronische Einheit 11 erkennt die Positi­ on des reflektierten Laserlichtes. Dessen Positionsänderung ist proportional der Abstandsänderung, die der Lagerzapfen 9 von der Erfassungseinrichtung 8 erfährt. Der Ausgang der Erfassungseinrichtung 8 ist also proportional zur Bewegung des Lagerbocks 10 bzw. des Formzylinders 1. Wie Fig. 1 zeigt, werden Lageänderun­ gen des Formzylinders 1 senkrecht zu dessen Berührungspunkt bzw. -linie mit der Farbwalze 3 sowie senkrecht zu dessen Berührungspunkt bzw. -linie mit dem Ge­ gendruckzylinder 4 erfaßt. Es wird also eine Verschiebung des Formzylinders er­ faßt, die durch Kraftstöße von dem Gegendruckzylinder 4 her und von der Farbwalze 3 her induziert werden. Dies ist in Fig. 1 die Richtung von links nach rechts und umgekehrt entlang der Spindeln 7.

Anstelle der Erfassung der Lageänderungen des Lagerzapfens 9 wäre es auch möglich, unmittelbar Lageänderungen des Formzylinders 1 selbst zu erfassen. Die beschriebene und gezeigte Ausführung mit mittelbarer Erfassung der Lageände­ rungen besitzt jedoch Vorteile hinsichtlich der Anordnung und Befestigung der Er­ fassungseinrichtung 8.

Um Eigenschwingungen der Erfassungseinrichtung 8 zu kompensieren und die La­ geänderungen des Formzylinders 1 präziser erfassen zu können, kann mit der Er­ fassungseinrichtung 8 ein nicht näher dargestellter entsprechender Sensor, insbe­ sondere ein Beschleunigungssensor verbunden werden, dessen Signal mit dem Meßwert der Erfassungseinrichtung 8 verrechnet wird, um den Eigenschwingungs­ anteil der Erfassungseinrichtung 8 aus deren Signal herauszurechnen.

Die die unerwünschten Schwingungen, d. h. Lageänderungen des Formzylinders 1 wiedergebenden Meßwerte der Erfassungseinrichtung 8 werden dazu benutzt, um den Lageänderungen entgegengerichtete Kräfte auf den Formzylinder 1 aufzubrin­ gen. Hierzu ist ein Aktor 12 vorgesehen, der am Maschinengestell 5 befestigbar ist und den Lagerbock 6 für den Formzylinder 1 mit Dämpfungskräften beaufschlagen kann. In der gezeichneten Ausführungsform besteht der Aktor 12 aus einem Elek­ tromagneten (vgl. Fig. 3), der mit einem Dauermagneten 14 zusammenwirkt, der an dem Lagerbock 6 des Formzylinders 1 angebracht ist. Der Aktor 12 übt auf den Lagerbock 6 Kräfte aus, die in die entgegengesetzte Richtung zu den Stoßkräften gehen, die auf den Formzylinder 1 von dem Gegendruckzylinder 4 bzw. der Farb­ walze 3 her einwirken. In Fig. 1 wirken die Kräfte des Aktors 12 von rechts nach links, d. h. parallel zur Spindel 7.

Um den Aktor anzuregen, werden die Signale der Erfassungseinrichtung 8 in einem Computer 13 in ein Aktorsignal gewandelt. Der Computer 13 kann hierzu eine nicht lineare Regelung anwenden, wie z. B. eine sogenannte Sliding-Mode-Regelung oder eine ähnlich nichtlineare Regelung.

Der Computer 13 kann auch ein adaptive Gegensteuerung anwenden. Bei diesem Verfahren wird die sich wiederholende Abweichung pro Umdrehung des Formzylin­ ders 1 gemessen und winkelfest bei der Umdrehung des Formzylinders bewertet. Der zu kompensierende Anteil der Lageabweichung hat die Eigenschaft, pro Um­ drehung des Formzylinders 1 wiederzukehren, wie dies beispielhaft in Fig. 4 an­ gegeben ist. Ein ortsfester, über die Winkellage des Formzylinders 1 zugeordneter Algorithmus kann die jeweils noch verbleibende Abweichung bewerten und die Ge­ gensteuerung so beeinflussen, daß die Abweichungen ausgeglichen werden. Mit­ tels einem adaptiven Regler kann eine effiziente Schwingungsdämpfung erzielt werden.

Die von dem Computer 13 generierten Stellsignale werden in eine Leistungselek­ tronik gespeist, die die Stellsignale hochtaktet und in eine Spannung umwandelt, die sehr schnell einen hohen Strom treibt. Dieser führt in Verbindung mit dem Elek­ tromagneten des Aktors 12 zu einer entsprechenden Kraft auf den Lagerbock 6, die den ungewünschten Lageänderungen entgegenwirkt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Schwingungsdämpfung an Rollendruckmaschinen, insbesonde­ re Flexodruckmaschinen, bei denen mehrere Walzen (1, 3, 4) aufeinander ab­ rollen, mit folgenden Schritten:

• a) Erfassung von auftretenden Lageabweichungen zumindest einer Walze (1), und
• b) Beaufschlagung der zumindest einen Walze (1) mit den erfaßten Lageab­ weichungen jeweils entgegengerichteten Dämpfungskräften mittels eines Aktors (12), der in Abhängigkeit der erfaßten Lageabweichungen ange­ steuert wird.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mit dem Aktor (12) auf die Lagerung (6) der zumindest einen Walze (1) eingewirkt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lageabwei­ chungen mittels eines Meßaufnehmers (8) erfaßt werden, dessen Eigen­ schwingungen wiederum mittels eines weiteren Meßaufnehmers erfaßt wer­ den und Signale des weiteren Meßaufnehmers mit Lageabweichungssignalen des einen Meßaufnehmers (8) verrechnet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktor (12) mittels eines nicht linearen Reglers (13) angesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Aktor (12) mittels ei­ nes adaptiven Reglers (13) und der dazugehörigen Leistungselektronik (14) angesteuert wird.

6. Rollendruckmaschine, insbesondere Flexodruckmaschine, mit mehreren auf­ einander abrollbaren Walzen (1, 3, 4), einer Erfassungsvorrichtung (8) zur Erfassung von auftretenden Lageabweichungen zumindest einer Walze (1), einem Aktor (12) zur Beaufschlagung der zumindest einen Walze (1) mit Dämpfungskräften sowie einer Steuervorrichtung (13, 14) zur Ansteuerung des Aktors (12) in Abhängigkeit der erfaßten Lageabweichungen.

7. Rollendruckmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Aktor (12) mit einer Lagerung (6) der zumindest einen Walze (1) in Wirkverbindung bringbar ist.

8. Rollendruckmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktor (12) ein Piezoelement aufweist.

9. Rollendruckmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktor (12) einen Elektromagneten aufweist.

10. Rollendruckmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungsvorrichtung (8) berührungslos arbeitend ausgebildet ist, insbeson­ dere einen optoelektronischen Meßaufnehmer (10, 11) besitzt.

11. Rollendruckmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Erfassungsvorrichtung (8) ein Schwingungssensor zur Erfassung von Schwin­ gungen der Erfassungsvorrichtung (8) zugeordnet und eine Auswerteeinheit (13) zur Verrechnung der Signale des Schwingungssensors mit den Signalen der Erfassungsvorrichtung (8) vorgesehen ist.

12. Rollendruckmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (13) als nicht linearer Regler ausgebildet ist.

13. Rollendruckmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Steuer­ vorrichtung (13) als adaptiver Regler ausgebildet ist.

14. Rollendruckmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Walze (1) ein Formzylinder der Druckmaschine ist.