DE10154809A1

DE10154809A1 - Farbdosiersystem in einer Druckmaschine

Info

Publication number: DE10154809A1
Application number: DE10154809A
Authority: DE
Inventors: Walter Hofheinz; Juergen Maas; Hubert Scheib
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2002-07-25
Also published as: JP2002192695A; DE10055827A1; US6634293B2; US20020088358A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Farbdosiersystem (3) in einer Druckmaschine (1), das in Farbzonen (4, 5) unterteilt ist, von denen jede einen piezo-elektrischen Stellantrieb aufweist. DOLLAR A Das Farbdosiersystem (3) zeichnet sich durch eine den Stellantrieb und einen Sensor umfassende Regeleinrichtung (11) aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Farbdosiersystem in einer Druckmaschine, das in Farbzonen unterteilt ist, von denen jede einen piezo-elektrischen Stellantrieb aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Piezo-elektrische Stellantriebe sind an sich bekannt, wie die DE 44 45 642 A1 belegt, und werden auf verschiedenen technischen Gebieten verwendet.

In dem DE 91 12 926 U1 ist ein der eingangs genannten Gattung entsprechendes Farbdosiersystem beschrieben, bei welchem die Regelung - eigentlich die Steuerung - nach einer abgespeicherten Kennlinie erfolgt, die den Zusammenhang zwischen angelegter Spannung und Längenänderung des piezo-elektrischen Stellantriebes wiedergibt, so dass die von anderen Farbdosiersystemen her bekannte Rückmeldung der jeweiligen Stellung des Dosierelementes über Potentiometer bei dem im o. g. Gebrauchsmuster beschriebenen Farbdosiersystem nicht erforderlich ist.

Ungünstig daran ist, dass hydrodynamische Einflüsse der dosierten Druckfarbe auf das Farbdosiersystem und eine aufgrund von Setzungsvorgängen im Stellantrieb auftretende Drift des Dosierelementes unberücksichtigt bleiben.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Farbdosiersystem der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das dosierstabiler arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch ein Farbdosiersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, das durch eine den Stellantrieb und einen Sensor umfassende Regeleinrichtung gekennzeichnet ist.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Farbdosiersystems liegt in dessen hoher Dosierstabilität. Während des Dosierbetriebes auftretende Veränderungen des Abstandes des Dosierelementes zu einer Walze, welcher das Dosierelement zugeordnet ist, werden vom Sensor gemessen und über eine Rückmeldung von der Regeleinrichtung kompensiert, so dass der Abstand unter allen Betriebsbedingungen konstant gehalten wird.

Funktionell und konstruktiv vorteilhafte Weiterbildungen des Farbdosiersystemes sind in den Unteransprüchen genannt und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Zeichnung.

In dieser zeigt:

Fig. 1 eine Walze und ein dieser zugeordnetes Farbdosiersystem mit Regeleinrichtungen,

Fig. 2 ein Schema einer der Regeleinrichtungen und

Fig. 3-7 verschiedene Ausführungsbeispiele und Modifikationen des Farbdosiersystemes.

In Fig. 1 ist eine Druckmaschine 1, im Speziellen eine Rotations-Offsetdruckmaschine, im Ausschnitt dargestellt. Der Ausschnitt zeigt eine als Farbkastenwalze fungierende Walze 2 und ein dieser zugeordnetes Farbdosiersystem 3, das in Farbzonen 4, 5 unterteilt ist. Diese sind durch zungenförmige Dosierelemente 6, 7 vorgegeben, die in einer zur Walze 2 parallelen Reihe angeordnet und zur Erzeugung eines zonalen Farbprofiles mit von Farbzone zu Farbzone unterschiedlicher Farbschichtdicke auf der Walze 2 einzeln auf die Walze 2 zu und von dieser weg verstellbar gelagert sind. Jedes der zueinander verstellbar gelagerten Dosierelemente 6, 7 bildet zusammen mit der Walze 2 einen Dosierspalt 8, 9, durch welchen hindurch die Druckfarbe von der Walze 2 gefördert wird. Jedem der Dosierelemente 6, 7 ist eine in Fig. 1 mit einem Regelkreis-Symbol dargestellte Regeleinrichtung 10, 11 mit einem als Meßwertaufnehmer fungierenden Sensor 13, 13' oder 13" zur voneinander unabhängigen Regelung der Größen der Dosierspalte 8, 9 zugeordnet.

In Fig. 2 ist beispielhaft für alle Regeleinrichtungen 10, 11 ein Blockschaltplan der als geschlossener Regelkreis ausgebildeten Regeleinrichtung 11 dargestellt, welche das Stellglied (Stellantrieb 12), die Meßeinrichtung (Sensor 13, 13' oder 13"), einen Sollwert-Einsteller 14, einen Vergleicher 1.5 und eine Verstärker 16 umfaßt und wie folgt funktioniert:
Am Sollwert-Einsteller 14 wird ein für das Farbprofil erforderlicher Dosierspalt-Sollwert eingestellt, der im Vergleicher 15 mit einem von der Meßeinrichtung gemessenen Dosierspalt- Istwert verglichen wird. Eine durch Einwirkung einer Störgröße 17 auf die Regelstrecke (Dosierelement 7) hervorgerufene Regelabweichung des Istwertes vom Sollwert wird im Vergleicher 15 ermittelt.

Die Störgröße 17 kann ein Setzungsvorgang innerhalb des aus aufeinander gestapelten Piezo- Einzelelementen zusammengesetzten Stellantriebes 12 oder eine Abdrängung des Dosierelementes 7 von der Walze 2 bei einer Zunahme des hydrodynamischen Druckes der Druckfarbe im Dosierspalt 9 auf das Dosierelement 7 infolge einer Drehzahlerhöhung der Walze 2 sein.

Nach einem Vorzeichenwechsel der Regelabweichung und deren Verstärkung im Verstärker 16 wird das Stellglied mit der negativen und verstärkten Regelabweichung beaufschlagt und dadurch eine Stellgröße erzeugt, welche die Regelstrecke so beeinflußt, dass die Regelgröße (Weite des Dosierspaltes 9) wieder den Sollwert annimmt. Die verstärkte Regelabweichung ist eine Änderung der am Stellantrieb 12 anliegenden elektrischen Spannung, welche Änderung - je nach Vorzeichen - eine Extension oder Kontraktion des Stellantriebes 12 und damit eine Verstellung des Dosierelementes 7 bewirkt.

Der Sensor 13, 13" kann ein berührungslos arbeitender Abstandssensor, z. B. ein Ultraschallsensor, zur direkten Messung sein. Der Sensor 13' kann aber auch ein Verformungssensor, z. B. ein kalibrierter Dehnmessstreifen, zur indirekten Messung sein.

In Fig. 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Farbdosiersystemes 3 in der Seitenansicht dargestellt. Der Stellantrieb 12 ist über ein Getriebeglied 18 eines Übersetzungsgetriebes 19 antriebsmäßig mit dem Dosierelement 7 verbunden. Das Übersetzungsgetriebes 19 vergrößert einen kleinen Stellweg a des Stellantriebes 12 in einen großen Stellweg b des Dosierelementes 7, der den Durchlaß einer großen Farbmenge durch den Dosierspalt 9 ermöglicht. Das Getriebeglied 18 ist ein Hebelarm und steht im rechten Winkel zur Richtung des Stellweges a. Ebenfalls 90° beträgt ein zwischen der Längsachse des Stellantriebes 12, die mit der linearen Richtung des Stellweges a identisch ist, und einer durch den Dosierspalt 9 verlaufenden Radiallinie der Walze 2 liegender Winkel α.

Das Getriebeglied 18 und das Dosierelement 7 bilden zusammen einen Winkelhebel und sind gemeinsam um ein biegsames Gelenk 20, d. h. ein Biegegelenk, des Übersetzungsgetriebes 19 schwenkbar angeordnet. Das Gelenk 20 bildet ein Verbindungsglied zwischen dem Getriebe glied 18 und dem Dosierelement 7 einerseits und einem Abstützbock 21 andererseits. Der Stellantrieb 12, welcher zusammen mit dem stegförmigen Gelenk 20 in etwa ein Parallelogramm bildet, ist mit seinem einen Ende am Abstützbock 21 und mit seinem anderen Ende am Getriebeglied 18 angelenkt. Die Stellwege a und b sind in etwa senkrecht zueinander ausgerichtet.

Das Dosierelement 7 weist zur positiven Abrakelung der Walze 2 eine Abstreifkante 22 auf, deren Lage relativ zur Walze 2 den Dosierspalt 9 bestimmt und die bei offener Farbzone S unter Bildung des Dosierspaltes 9 und bei geschlossener Farbzone 5 praktisch ohne Bildung des Dosierspaltes 9 an die Walze 2 angestellt ist.

Nahe der Abstreifkante 22 ist ein als Abstandssensor ausgebildeter und auf die Walze 2 gerichteter Sensor 13 am Dosierelement 7 befestigt, welcher einen zum Dosierspalt 9 proportionalen Abstand zwischen dem Dosierelement 7 und der Umfangsoberfläche der Walze 2 misst. Der Sensor 13 sitzt in einer Bohrung des Dosierelementes 7 und wird von Druckfarbe 23 in einem durch die Dosierelemente 6, 7 gebildeten keilförmigen Farbkasten überdeckt, wobei die Messung durch die Druckfarbe 23 hindurch erfolgt.

Anstelle des Sensors 13 kann auch der Sensor 13' zur Ermittlung des Abstandes des Dosierelementes 7 von der Walze 2 verwendet werden. Bei dem am Übersetzungsgetriebe 19 befestigten Sensor 13' handelt es sich um einen Verformungssensor, im Speziellen um einen Dehnmessstreifen, der eine zum Dosierspalt 9 proportionale Verformung des Übersetzungsgetriebes 19 misst. Genauer gesagt ist der Sensor 13' am Gelenk 20 angebracht und misst dessen bei der Verstellung des Dosierelementes 7 - je nach Verstellrichtung - sich vergrößernde oder verringernde Durchbiegung.

Eine in Fig. 4 gezeigte Modifikation des ersten Ausführungsbeispieles unterscheidet sich von letzterem nur in wenigen konstruktiven Besonderheiten, die nachfolgend im Einzelnen erläutert werden. Bezüglich der übrigen konstruktiven Merkmale gilt für die Modifikation des ersten Ausführungsbeispieles die im Zusammenhang mit letzterem erfolgte Beschreibung im übertragenen Sinne, was auch durch die Verwendung der gleichen Bezugszeichen in den Fig. 3 und 4 für funktionsgleiche Bauteile verdeutlicht wird, so dass diese nicht noch ein zweites Mal beschrieben werden brauchen.

Eine Besonderheit der Modifikation des ersten Ausführungsbeispieles besteht darin, dass der Abstützbock 21 und das Getriebeglied 18 nicht nur über das Gelenk 20 sondern auch über ein zweites Verbindungsglied in Form eines biegsamen Gelenkes (Biegegelenks) 24 miteinander verbunden sind, so dass der Abstützbock 21, das Getriebeglied 18 und die Gelenke 20 und 24 ein einziges Bauteil in Form eines Parallelogramms beziehungsweise geschlossenen Rahmens bilden. Das am Abstützbock 21 angelenkte Ende des Stellantriebes 12 liegt näher am Gelenk 20 als das am Getriebeglied 18 angelenkte Ende des Stellantriebes 12, so dass dessen Stellweg a bei der Modifikation des ersten Ausführungsbeispieles im schrägen Winkel relativ zur Längsrichtung der Gelenke 20 und 24 verläuft und ein spitzer Winkel β zwischen der Längsachse des Stellantriebes 12 bzw. Richtung des Stellweges a und der durch den Dosierspalt 9 verlaufenden Radiallinie der Walze 2 weniger als 90° beträgt.

Der maximale Stellweg a des Stellantriebes 12 ist verhältnismäßig klein und kann von 0,05 mm bis 0,20 mm betragen. Das Übersetzungsverhältnis ü = b : a des Übersetzungsgetriebes 19 ist verhältnismäßig groß und kann z. B. ü = 10 betragen, so dass ein 0,10 mm betragender Stellweg a in einen 1,00 mm betragenden Stellweg b übersetzt wird.

Eine weitere Besonderheit sind an den Enden der Gelenke 20 und 24 angeordnete Gelenkprofilverjüngungen 25 bis 28, durch welche Soll-Biegestellen der Gelenke 20 und 24 vorgegeben werden. Der Sensor 13' ist bei der Modifikation des ersten Ausführungsbeispieles nicht mehr am Gelenk 20 sondern am Gelenk 24 im Bereich der Verjüngung 28 angebracht.

Ein in Fig. 5 dargestelltes zweites Ausführungsbeispiel des Farbdosiersystems 3 unterscheidet sich nur in wenigen konstruktiven Besonderheiten vom ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) und dessen Modifikation (Fig. 4). Diese Besonderheiten des zweiten Ausführungsbeispieles werden nachfolgend im Einzelnen erläutert. Die Beschreibung der übrigen konstruktiven Merkmale, welche das zweite Ausführungsbeispiel mit dem ersten Ausführungsbeispiel und dessen Modifikation gemeinsam aufweist, kann somit von den Fig. 3 und 4 auf die Fig. 5 übertragen werden, was durch die Beibehaltung der bereits in den Fig. 3 und 4 verwendeten Bezugszeichen in der Fig. 5 verdeutlicht wird.

Eine Besonderheit, welche das zweite Ausführungsbeispiel aufweist, besteht darin, dass das Dosierelement 7 und das Getriebeglied 18 in einer geraden Flucht liegende Längsachsen aufweisen, so dass sich die Längsachse des Dosierelementes 7 senkrecht zu Längsachsen der Gelenke 20 und 24 erstreckt. Dies ist hinsichtlich einer annähernd in radialer Richtung der Walze 2 erfolgenden Verstellung des Dosierelementes 7 zur Regelung des Dosierspaltes 9 vorteilhaft.

Eine andere Besonderheit des zweiten Ausführungsbeispieles besteht in der Ausrichtung des Stellantriebes 12, dessen am Getriebeglied 18 abgestütztes Ende näher am Gelenk 20 als das am Abstützbock 21 abgestützte Ende liegt. Dadurch ergibt sich beim zweiten Ausführungsbeispiel ein Winkel γ < 90° zwischen der Längsachse des Stellantriebes 12 bzw. der mit letzterer identischen Richtung des Stellweges a einerseits und der durch den Dosierspalt 9 verlaufenden Radiallinie det Walze 2 andererseits.

Eine in Fig. 6 dargestellte Modifikation des zweiten Ausführungsbeispieles unterscheidet sich von letzterem lediglich durch den Wegfall des zweiten Gelenkes 24 und der Gelenkprofilverjüngungen 25 bis 28. Das Getriebeglied 18, das Gelenk 20 und der Abstützbock 21 bilden bei der Modifikation des zweiten Ausführungsbeispieles zusammen ein im wesentlichen U-förmiges Bauteil. In allen anderen Punkten trifft die Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispieles auch auf dessen Modifikation zu.

In der Fig. 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Farbdosiersystems 3 dargestellt. Hierbei sind das Dosierelement 7 und ein Maschinenelement in Form eines Abstützbocks 29 aus einem einzigen vierkantigen profilierten Stab gefertigt, welcher mittels eines drahtförmigen Erodierwerkzeuges entlang einer Trennlinie 30 eingeschnitten ist.

Aus dem Verlauf der Trennlinie 30 resultiert eine mit dem Abstützbock 29 verbundene und ca. 1,5 mm dünne sowie auf Biegung beanspruchbare gerade Feder (Blattfeder) 30 am Dosierelement 7 und im Wesentlichen keilförmige Konturen des Dosierelementes 7 und des Abstützbockes 29. Im Bereich der Feder 31, welche der Rückstellung des Dosierelementes 7 von der Walze 2 weg dient, verläuft die Trennlinie 30 parallel zu einer Außenfläche des Dosierelementes 7, die einen Farbkastenboden bildet und in einer Abstreifkante endet, und auch parallel zu einer Längsachse bzw. einem Stellweg a des Stellantriebes 12.

Im sich an die Feder 31 anschließenden Bereich ist die Trennlinie 30 zu einem Luftspalt 32 aufgeweitet, der größtenteils schräg und im flachen Winkel zu der genormten Außenfläche des Dosierelementes 7 sowie zum Stellweg a bzw. zur Längsachse des Stellantriebes verläuft. Am der Feder 31 entgegengesetzten Ende der Trennlinie 30 verläuft der Luftspalt 32 U-förmig und bildet einen Vorsprung 33 des Abstützbockes 29 zwischen zwei einander gegenüberliegenden Anschlagflächen 34 und 35 des Dosierelementes 7.

Der Stellantrieb 12 stützt sich mit seinem einen Ende am Abstützbock 29 und mit seinem anderen Ende am Dosierelement 7 gelenkig ab und ist in eine Ausnehmung 36 eingesetzt, welche durch den Abstützbock 29 und in das Dosierelement 7 gebohrt wurde, bevor der Abstützbock 29 und das Dosierelement 7 entlang der Trennlinie 30 aufgetrennt worden sind. Bei eingesetztem Stellantrieb 12 befindet sich zwischen dessen Außendurchmesser und dem Innendurchmesser der Ausnehmung 36 hinreichender Spielraum in Form eines Ringspalts 37, der eine Schwenkbewegung des Dosierelementes 7 relativ zum Abstützbock 29 ermöglicht.

Im schräg verlaufenden Bereich des Luftspaltes 32 ist in den Abstützbock 29 ein als Abstandssensor fungierender Sensor 13" eingelassen, der auf eine Messfläche am Dosierelement 7 gerichtet ist.

Selbstverständlich ist auch eine gegenüber der gezeigten miteinander vertauschte Anordnung des Sensors 13" und der Messfläche denkbar, wobei der Sensor 13" am Dosierelement befestigt und auf den Abstützbock 29 gerichtet wäre.

Der in Fig. 7 gezeigte Sensor 13" misst die Weite des Luftspaltes 32, welche sich proportional zur Weite des Dosierspaltes 9 bei dessen Verstellung ändert, so dass eine indirekte Messung des Dosierspaltes 9 bei dessen Regelung mittels der Regeleinrichtung 11 erfolgt.

Anstelle des den Luftspalt 32 messenden Sensor 13" kann auch ein nahe der Abstreifkante des Dosierelementes 7 angeordneter und auf die Walze 2 gerichteter Sensor, vergleichbar mit dem Sensor 13 der ersten beiden Ausführungsbeispiele, Verwendung finden.

Unabhängig davon, welchem Ausführungsbeispiel entsprechend das Farbdosiersystem 3 ausgebildet ist, umfaßt jede Farbzone 4, 5 die in Fig. 3, 4, 5, 6 oder 7 gezeigte Anordnung des Stellantriebes 12, des Sensor 13; 13'; 13" und des mit dem Dosierelement 7 getriebemäßig verbundenen Abstützbockes 21; 29.

Allen Ausführungsbeispielen gleichermaßen ist auch die voneinander unabhängige Regelung der Dosierspalte eigen, welche z. B. wie folgt funktioniert: Die Störgröße 17 in Form des Setzungsvorganges macht sich im Stellantrieb 12 der Farbzone 5 bemerkbar, welcher dadurch in Richtung des Stellweges a geringfügig in sich zusammensackt. Infolgedessen vergrößert sich der Dosierspalt 9 unerwünschterweise. Diese Vergrößerung des Dosierspaltes wird vom Sensor 13; 13' bzw. 13" gemessen und der Meßeinrichtung 11 signalisiert, welche die am Stellantrieb 12 anliegende Spannung derart erhöht, dass der Stellantrieb 12 expandiert und dadurch wieder seine ursprüngliche Länge vor dem Zusammensacken erreicht. Dabei wird der Dosierspalt 9 auf die dem gewünschten Farbprofil entsprechende Weite zurückgestellt. 1 Druckmaschine
2 Walze
3 Farbdosiersystem
4 Farbzone
5 Farbzone
6 Dosierelement
7 Dosierelement
8 Dosierspalt
9 Dosierspalt
10 Regeleinrichtung
11 Regeleinrichtung
12 Stellantrieb
13, 13', 13" Sensor
14 Sollwert-Einsteller
15 Vergleicher
16 Verstärker
17 Störgröße
18 Getriebeglied
19 Übersetzungsgetriebe
20 Gelenk
21 Abstützbock
22 Abstreifkante
23 Druckfarbe
24 Gelenk
25 Gelenkprofilverjüngung
26 Gelenkprofilverjüngung
27 Gelenkprofilverjüngung
28 Gelenkprofilverjüngung
29 Abstützbock
30 Trennlinie
31 Feder
32 Luftspalt
33 Vorsprung
34 Anschlagfläche
35 Anschlagfläche
36 Ausnehmung
37 Ringspalt
a Stellweg
b Stellweg
α Winkel
β Winkel
γ Winkel

Claims

1. Farbdosiersystem (3) in einer Druckmaschine (1), das in Farbzonen (4, 5) unterteilt ist, von denen jede einen piezo-elektrischen Stellantrieb (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung (11) den Stellantrieb (12) und einen Sensor (13; 13'; 13") umfasst.

2. Farbdosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (12) einem Dosierelement (7) zu dessen Verstellung zugeordnet und ein Abstand zwischen dem Dosierelement (7) und einer Walze (2) eine Messgröße der Regeleinrichtung (11) ist.

3. Farbdosiersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13) ein am Dosierelement (7) befestigter und auf die Walze (2) gerichteter Abstandssensor ist.

4. Farbdosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (12) einem Dosierelement (7) zu dessen Verstellung zugeordnet und ein Abstand (Luftspalt 32) zwischen dem Dosierelement (7) und einem benachbarten Maschinenelement (Abstützbock 29) eine Messgröße der Regeleinrichtung (11) ist.

5. Farbdosiersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13") ein am Maschinenelement (Abstützbock 29) befestigter und auf das Dosierelement (7) gerichteter Abstandssensor ist.

6. Farbdosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (12) und das Dosierelement (7) über ein Getriebeglied (18) eines Getriebes miteinander antriebsmäßig verbunden sind.

7. Farbdosiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Übersetzungsgetriebe (19) zur Übersetzung eines kurzen Stellweges (a) des Stellantriebes (12) in einen langen Stellweg (b) des Dosier elementes (7) ist.

8. Farbdosiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13') ein am Getriebe befestigter Verformungssensor ist.

9. Farbdosiersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein biegsames Gelenk (20, 24) aufweist.

10. Farbdosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der Stellantrieb (12) und das Dosierelement (7) voneinander abweichende Stellrichtungen (Stellwege a, b) aufweisen.

11. Druckmaschine (1) mit einem Farbdosiersystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.