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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bogendruckmaschine mit
einem Zahnrad, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In
Bogendruckmaschinen treten geschwindigkeitsabhängige Dublierprobleme auf,
die verschiedene Ursachen haben können. In
EP 1 040 918 A1 ist eine
Bogendruckmaschine beschrieben und sind Drehschwingungen als Ursache
der Dublierprobleme genannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bogendruckmaschine zu
schaffen, die zur Durchführung
eines Anti-Dublier-Verfahrens geeignet ist, welches der Verminderung
eines Dublierens mit anderer als der genannten Ursache dient.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird durch eine Bogendruckmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Bogendruckmaschine
ist aufgrund der Anordnung mindestens eines der Verformung des Zahnrades
dienenden Stellantriebs an dem Zahnrad nicht nur zur Durchführung des
bereits erwähnten
Anti-Dublier-Verfahrens, sondern darüber hinaus auch anderer Verfahren
geeignet. Der Stellantrieb ist während
des Maschinenlaufs derart betätigbar,
dass er während
des Maschinenlaufs das Zahnrad verformt.
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Bei
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bogendruckmaschine ist
der oder jeder Stellantrieb ein Piezoelement, welches besonders
reaktionsschnell ist und es somit auch bei hohen Druckgeschwindigkeiten
ermöglicht,
pro Umdrehung des Zahnrades dieses mindestens ein Mal reversibel
zu verformen.
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Bei
einer weiteren Weiterbildung ist der oder jeder Stellantrieb mit
einem Drehzahlgeber über
eine Steuerungseinrichtung verknüpft.
Diese Verknüpfung ermöglicht eine
durch die Steuerungseinrichtung erfolgende Aktivierung des Stellantriebs
in Abhängigkeit
von der Druckgeschwindigkeit, die der Drehzahlgeber ermittelt und
der Steuerungseinrichtung signalisiert.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung ist die Verzahnung des Zahnrads eine Schrägverzahnung. Die
Schrägverzahnung
ermöglicht
eine größere Variantenvielfalt
bezüglich
der Verformungsrichtung des Zahnrades bzw. der dementsprechenden
Wirkungsrichtung des Stellantriebs. Hätte das Zahnrad eine Geradverzahnung,
dann käme
nur eine im Wesentlichen radiale Verformungsrichtung bzw. radiale
Ausrichtung des oder jedes Stellantriebes in Frage. Bei der vorhandenen
Schrägverzahnung
kommt darüber hinaus
auch eine axiale Verformungsrichtung bzw. eine dementsprechend axiale
Ausrichtung des oder jedes Stellantriebs in Frage.
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Bei
einer weiteren Weiterbildung ist das Zahnrad ein erstes Zahnrad,
welches zusammen mit einem zweiten Zahnrad und einem dritten Zahnrad einen
Zahnräderzug
bildet, wobei das erste Zahnrad zwischen den beiden anderen Zahnrädern angeordnet
ist und mit diesen kämmt
und wobei das erste Zahnrad mit einem ersten Zylinder koaxial und
drehfest verbunden ist, das zweite Zahnrad mit einem zweiten Zylinder
koaxial und drehfest verbunden ist, das dritte Zahnrad mit einem
dritten Zylinder koaxial und drehfest verbunden ist und jeder der
Zylinder eine Bogentransporttrommel oder ein Gegendruckzylinder
ist. Gemäß dieser
Weiterbildung wird sowohl das zweite Zahnrad als auch das dritte
Zahnrad von dem ersten Zahnrad angetrieben. Bei treibenden Zahnrädern, wie
z. B. dem ersten Zahnrad, sind im Gegensatz zu getriebenen Zahnrädern, wie
z. B. dem zweiten und dem dritten Zahnrad, konventionelle Maßnahmen
gegen die Verursachung des Dublierens aufgrund der besonderen Zahnflankenanlage nicht
anwendbar. Das treibende, erste Zahnrad liegt mit einer in Drehrichtung
vorlaufenden Zahnflanke an einer nachlaufenden Zahnflanke des zweiten
Zahnrades an und liegt ebenso mit einer in Drehrichtung vorlaufenden
Zahnflanke an einer nachlaufenden Zahnflanke des dritten Zahnrades
an.
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Bei
einer weiteren Weiterbildung umfasst der erste Zylinder, dessen
Zahnrad mit besagtem Stellantrieb ausgestattet ist, mehrere Greiferbrücken bzw. -systeme
zum Greifen der Bedruckstoffbogen. Der erste Zylinder ist also ein
so genannter mehrfachgroßer
und z. B. ein doppelgroßer
Zylinder. Bei der Herstellung eines derartigen Zylinders müssen die
Greiferbrücken
so genau wie möglich
in zueinander gleichen Winkelabständen bzw. Umfangslängeabständen entlang
des Zylinderumfangs verteilt und montiert werden. Ist der Zylinder
z. B. ein doppelgroßer Zylinder,
so müssen
dessen beide Greiferbrücken exakt
diametral montiert werden. Aufgrund der dafür unvermeidlichen Fertigungs-
und Montagetoleranzen sind Abweichungen von einer Gleichverteilung
der Greiferbrücken
unvermeidlich, wobei diese Abweichungen im Zusammenspiel mit den
Greiferbrücken der
beiden benachbarten Zylinder und den Zahnrädern ein rhythmisches bzw.
druckgeschwindigkeitsabhängiges
Dublieren verursachen, das durch die Anwendung nachfolgend noch
erläuterter
Maßnahmen
zumindest vermindert wird.
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Falls
der erste Zylinder ein Gegendruckzylinder ist, mit dem das mit dem
Stellantrieb oder den Stellantrieben ausgestaltete Zahnrad koaxial
und drehfest verbunden ist, ergeben sich Vorteile hinsichtlich der
Durchführung
eines Drucklängendifferenz-
und/oder Passer-Korrekturverfahrens
und kann der erste Zylinder ebenfalls mehrere Greiferbrücken bzw.
-systeme aufweisen.
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Mit
der erfindungsgemäß bzw. einer
der Weiterbildungen entsprechend ausgebildeten Bogendruckmaschinen
lassen sich verschiedene Verfahren durchführen, nämlich besagtes Anti-Dublier-Verfahren,
besagtes Drucklängendifferenz-
und/oder Passer-Konekturverfahren
ein noch nicht erwähntes
Regelungsverfahren und ebenfalls noch nicht erwähnte Steuerungsverfahren.
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Das
Anti-Dublier-Verfahren zur Verminderung des von der Druckgeschwindigkeit
abhängigen Dublierens
in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Bogendruckmaschine
ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnrad dieser Bogendruckmaschine
in von der Druckgeschwindigkeit abhängigem Maße mittels mindestens eines
an dem Zahnrad befestigten Stellantriebs verformt wird.
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Dieses
Anti-Dublier-Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass unter bestimmten
Umständen
Fertigungs- und Montageungenauigkeiten Ursache des Dublierens sein
können
und dass sich diese Ungenauigkeiten mittels einer dementsprechenden
Zahnradverformung kompensieren lassen. Bei einer kleinen Drehzahl
des Zahnrades erfolgt dessen Verformung in einem anderen Maße als bei
einer großen Drehzahl
des Zahnrades.
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Gemäß einer
Weiterbildung des Anti-Dublier-Verfahrens wird die Verformung des
Zahnrades während
des ununterbrochenen Maschinenlaufs bzw. Druckbetriebs derart wiederholt,
dass das Zahnrad während
jeder seiner Umdrehungen mindestens ein Mal elastisch verformt wird.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung des Anti-Dublier-Verfahrens wird die Verformung
des Zahnrades derart durchgeführt,
dass infolge der Verformung eine Verzahnung des Zahnrades verformt
wird.
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Das
Drucklängendifferenz-
und/oder Passer-Korrekturverfahren zum Korrigieren der wirksamen
Drucklänge
und/oder des Passers der erfindungsgemäß ausgebildeten Bogendruckmaschine ist
dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnrad eines Gegendruckzylinders
dieser Bogendruckmaschine mittels mindestens eines an dem Bahnrad
befestigten Stellantriebs verformt wird.
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Das
Regelungsverfahren zum Regeln in einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Bogendruckmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnrad dieser
Bogendruckmaschine mittels mindestens eines an dem Zahnrad befestigten
Stellantriebs, der ein Bestandteil eines geschlossenen Regelkreises ist,
verformt wird.
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Das
Steuerungsverfahren zum Steuern einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Bogendruckmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit
von einer vorgegebenen Übersetzungsschwankung
eines Zahnrads dieser Bogendruckmaschine das Zahnrad mittels mindestens
eines an dem Zahnrad befestigten Stellantriebs verformt wird.
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Das
weitere Steuerungsverfahren zum Steuern einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Bogendruckmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnrad
dieser Bogendruckmaschine in einem von der auf das Zahnrad wirkenden
Belastung abhängigem
Maße mittels
mindestens eines an dem Zahnrad befestigten Stellantriebs verformt
wird.
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Auch
bei dem Drucklängendifferenz- und/oder
Passer-Korrekturverfahren, dem Regelungsverfahren und den beiden
Steuerungsverfahren kann die Verformung des Zahnrads während des
ununterbrochenen Maschinenlaufs bzw. Druckbetriebs derart wiederholt
werden, dass das Zahnrad während
jeder seiner Umdrehungen mindestens ein Mal elastisch bzw. reversibel
verformt wird.
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Diese
Verformung kann – ebenfalls
in Analogie zum Anti-Dublier-Verfahren – derart durchgeführt werden,
dass infolge der Verformung eine Verzahnung des Zahnrades verformt
wird, so dass sich dessen effektiver Wälzkreis infolge der Verformung
periodisch lokal ändert.
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Weitere
konstruktiv und funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
und der dazugehörigen
Zeichnung.
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In
dieser zeigt:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
mit einem Druckmaschinenzylinder mit einem zugehörigen Zahnräderzug,
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2 ein
einen Stellantrieb aufweisendes Zahnrad des Zahnräderzuges
aus 1,
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
mit einem Zylinderzahnrad, dessen Stellantriebe in einem geschlossenen
Regelkreis integriert sind,
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4 ein
Kurvenbild, welches die mittels des geschlossenen Regelkreises aus 3 erfolgende Regelung
der Übersetzung
des Zylinderzahnrades in Abhängigkeit
von dem Maschinendrehwinkel zeigt, und
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5 eine
Druckbogenabfolge, die mit der das Zylinderzahnrad aus 3 umfassenden
Bogendruckmaschine gedruckt worden ist.
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In
den 1 bis 5 sind einander entsprechende
Bauteile und Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt
eine Bogendruckmaschine 10 mit einem ersten Zylinder 1,
einem zweiten Zylinder 2 und einem dritten Zylinder 3.
Jeder Zylinder 1, 2 und 3 umfasst zwei
Greiferbrücken 4,
die diametral angeordnet sind. Der erste Zylinder 1 ist
eine Bogentransporttrommel und der zweite Zylinder 2 und
der dritte Zylinder 3 sind Gegendruckzylinder.
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Ein
erstes Zahnrad 11, ein zweites Zahnrad 12 und
ein drittes Zahnrad 13 sind jeweils mit einem der Zylinder 1, 2 und 3 koaxial
angeordnet und drehfest verbunden. Die Zahnräder 11, 12 und 13 bilden einen
Zahnräderzug, über welchen
ein (zeichnerisch nicht dargestellter) Hauptmotor der Bogendruckmaschine 10 die
Zylinder 1, 2 und 3 rotativ antreibt.
Das erste Zahnrad 11 überträgt die Antriebsleistung
des Hauptmotors auf das zweite Zahnrad 12 und auf das dritte
Zahnrad 13. Die Zahnräder 11, 12 und 13 sind jeweils
mit einer Schrägverzahnung 9 versehen.
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Das
erste Zahnrad 11 ist mit Stellantrieben 7 ausgestattet,
die zusammen mit dem ersten Zahnrad 11 rotieren. Die Stellantriebe 7 sind
Piezoelemente und jeweils in einem einer der Greiferbrücken 4 des ersten
Zylinders 1 nahen Umfangswinkelbereich sowie exzentrisch
relativ zur Drehachse des ersten Zahnrads 11 angeordnet.
Eine elektronische Steuerungseinrichtung 6 ist mit den
Stellantrieben 7 steuerungstechnisch verknüpft. Außerdem ist
die Steuerungseinrichtung 6 steuerungstechnisch mit einem Drehzahlgeber 5 verknüpft, der
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
dem zweiten Zylinder 2 und dessen zweitem Zahnrad 12 zugeordnet
ist. Der Drehzahlgeber 5 signalisiert der Steuerungseinrichtung 6 die Druckgeschwindigkeit
bzw. die Drehzahl der Zylinder 1, 2 und 3 und
der Zahnräder 11, 12 und 13.
Die Steuerungseinrichtung 6 enthält in Form einer Wertetabelle
oder einer mathematischen Funktion eine Kennlinie, welche die Abhängigkeit
der Größe der mittels der
Stellantriebe 7 bewirkten Verformung des ersten Zahnrads 11 bzw.
der Schrägverzahnung 9 des
ersten Zahnrads 11 von der mittels des Drehzahlgebers 5 gemessenen
Druckgeschwindigkeit beschreibt. Entsprechend der Kennlinie 8 steuert
die Steuerungseinrichtung 6 die elektrische Spannung, mittels welcher
die Stellantriebe 7 beaufschlagt werden und somit den von
der elektrischen Spannung abhängigen
Stellweg der Stellantriebe 7 und somit letztlich die von
dem Stellweg abhängige
Verformung des ersten Zahnrades 11. Diese Verformung hat
eine im Mikrometer-Bereich liegende Größe und beträgt maximal 20 Mikrometer. Diese
in Abhängigkeit
von der Druckgeschwindigkeit stärkere
oder schwächere Zahnradverformung
erfolgt bei jeder Umdrehung des ersten Zahnrades 11 zusammen
mit dem ersten Zylinder 1 kurz vor der Übergabe des Bedruckstoffbogens
vom zweiten Zylinder 2 an den ersten Zylinder 1 oder
von dem ersten Zylinder 1 an den dritten Zylinder 3.
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Durch
die Zahnradverformung werden die Abwicklungsverhältnisse verändert und wird ein korrekter Übergabepasser
der an der Bogenübergabe beteiligten
Greiferbrücke 4 des
ersten Zylinders 1 relativ zu der mit dieser Greiferbrücke 4 bei
der Bogenübergabe
kooperierenden Greiferbrücke 4 des
zweiten Zylinders 2 oder des dritten Zylinders 3 eingestellt.
Durch die Verbesserung des Übergabepassers wird
das von der Druckgeschwindigkeit abhängige Dublieren verringert
oder gänzlich
unterbunden.
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2 zeigt
einen Ausschnitt des ersten Zahnrades 11 in einer dreidimensionalen
Darstellung, die erkennen lässt,
dass der als Piezoelement ausgebildete Stellantrieb 7 Bestandteil
einer Speiche 14 des ersten Zahnrades 11 ist und
eine im Wesentlichen kreisbogenförmige
Verzahnungsbrücke 15 des ersten
Zahnrades 11 abstützt.
Bei durch die Steuerungseinrichtung 6 erfolgender Aktivierung
des Stellantriebes 7 drückt
dieser in Radialrichtung von innen her auf die Verzahnungsbrücke 15,
so dass die Verzahnungsbrücke 15 gegen
die Wirkung ihrer Eigenelastizität
geringfügig
aus ihrer kreisbogenförmigen Ursprungsform
heraus gedrängt
und verbogen wird. Infolgedessen läuft das erste Zahnrad 11 bzw.
dessen Schrägverzahnung 9 im
Bereich der Verzahnungsbrücke 15 vorübergehend
ein wenig unrund, was zur Verbesserung des Übergabepassers und der damit
einhergehenden Vermeidung des Dublierens ausgenützt wird.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß der 3 bis 6c ist das zweite Zahnrad 12 mit
Stellantrieben 7 ausgestattet, welche als Piezoelemente
ausgebildet sind. Die Stellantriebe 7 sind in Kreisformation
zwischen einem Ring 25 und einem Grundkörper 24 des zweiten
Zahnrades 12 angeordnet.
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In 3 ist
eine Verzahnung des Grundkörpers 24,
welcher mittels der Stellantriebe 7 gezielt verformbar
ist, anhand eines effektiven Wälzkreises 23 dargestellt,
dessen Geometrie bei der Zahnradverformung reversibel verändert wird.
Die Stellantriebe 7 bilden zusammen mit dem Drehzahlgeber 5 und der
Steuerungseinrichtung 6 einen geschlossenen Regelkreis 22.
Die Stellantriebe 7 verspannen den Grundkörper 24 gegen
den Ring 25, der am Grundkörper 24 befestigt
ist. Infolge dieser Verspannung werden der Grundkörper 24 und
der effektive Wälzkreis 23 in
der gewünschten
Weise deformiert. Diese Deformation kann bezüglich ihres Maßes und/oder zeitlich
variabel sein. Mittels des Drehzahlgebers 5 oder stattdessen
eines anderen dafür
geeigneten Sensors wird ein Ist-Wert 26 der vom zweiten
Zahnrad 12 bewirkten Übersetzung
gemessen und der Steuerungseinrichtung 6 signalisiert.
Der Steuerungseinrichtung 6 wird weiterhin ein Soll-Wert 27 der Übersetzung
zugeführt.
Die Steuerungseinrichtung 6 vergleicht den Ist-Wert 26 mit
dem Soll-Wert 27 und berechnet ausgehend vom Ergebnis dieses
Vergleichs eine Stellgröße zur Regelung
der Übersetzung,
welche Stellgröße die Steuerungseinrichtung 6 auf
die Stellantriebe 7 aufbringt. Infolgedessen wird das zweite
Zahnrad 12 von den Stellantrieben 7 axial derart
verformt, dass die geforderte Übersetzung
erreicht wird.
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4 zeigt
anhand einer Kurve die Übersetzung
i als Funktion des so genannten Maschinendrehwinkels φ. Der nominell
konstanten Grundübersetzung
iG ist eine Übersetzungsschwankung Δi(φ) überlagert.
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5 zeigt
eine Abfolge von Druckbogen 16 jeweils mit einer Vorderkante 17,
einer Hinterkante 18 und Seitenkanten 19, wobei
die Passergenauigkeit mittels eines geeigneten Passermessgerätes an mindestens
drei Messorten 20, die in Bogenlaufrichtung 28 gesehen
nacheinander angeordnet sind, gemessen. Vorzugsweise erfolgt diese
Passermessung an mindestens fünf
solchen Messorten 20 pro Druckbogen 16. Das Ergebnis
dieser Messung wird bezüglich der
aufgetretenen rhythmischen globalen – d. h., sowohl in Bogenlaufrichtung 28 als
auch quer zur Bogenlaufrichtung 28 über den gesamten Druckbogen 16 reichenden – und lokalen – d. h.,
in Bogenlaufrichtung 28 nicht über den gesamten Druckbogen 16 reichenden,
jedoch quer zur Bogenlaufrichtung 8 über den gesamten Druckbogen 16 reichenden – Passerschwankungen
bzw. -abweichungen ausgewertet. Aus denselben Daten wird auch der
Betrag eines so genannten Kürzer-/Länger-Druckens,
d.h. die so genannte Drucklängendifferenz – gewonnen.
Aus den Passermessdaten wird eine periodische, kompensierende Soll-Übersetzung
berechnet, welche durch die in 4 dargestellte
Kurve repräsentiert
ist. Zur Korrektur der vorgefundenen Passerschwankungen wird die
Deformation des zweiten Zahnrades 12 so berechnet, dass
infolge dieser Deformation die Passerschwankungen weitestgehend
kompensiert werden.
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Über eine
Aktorik, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Stellantriebe 7 gebildet ist,
werden die aus den Passerdaten berechneten Deformationen dem zweiten
Zahnrad 2 eingeprägt, so
dass dieses Deformationen den effektiven Wälzkreis 23 beeinflussen
und zu den gewünschten Übersetzungsschwankungen
führen.
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Mittels
einer Sensorik, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Drehzahlgeber 5 gebildet
ist, wird die Vorgabe überwacht.
Der Drehweg des zweiten Zylinders 2 wird aufgezeichnet
und die Übersetzungs-
bzw. Drehwinkelschwankung wird anschließend oder kontinuierlich berechnet
und mit der Soll-Drehwinkelschwankung verglichen. Da sich die Drehmomentenverhältnisse
von Druckauftrag zu Druckauftrag sowie auch während des laufenden Fortdrucks ändern können, wird
die Aktorik auch zur Regelung der Soll-Übersetzungsschwankung
verwendet. Wird eine Veränderung
der Soll-Übersetzungsschwankung
festgestellt, so kann diese mittels der erwähnten Aktorik gezielt nachgeregelt
werden.
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Während den
rhythmischen Passerschwankungen durch eine stationäre Deformation
entgegengewirkt wird, erfordert die Korrektur der Drucklänge eine
zeitlich veränderliche Übersetzungsschwankung.
Da der zweite Zylinder 12 doppelgroß ist, muss die Übersetzungsschwankung
dementsprechend halbtourig sein. Bei Druckgeschwindigkeiten bis 18.000
Drucke pro Stunde ist eine maximale Änderungsfrequenz von 2,5 Hz
notwendig, wofür
die als Piezoelemente ausgebildeten Stellantriebe hinreichend reaktionsschnell
sind.
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Die
zur Kompensation der Passerschwankungen notwendigen Deformationen
des zweiten Zahnrades 12 und die zur Kompensation der Drucklängenänderung
notwendigen Deformationen des zweiten Zahnrades 12 können voneinander
separat eingestellt werden, wobei die jeweils notwendigen Deformationen
superponiert und über
die Aktorik gemeinsam in das zweite Zahnrad 12 eingeprägt werden
können.
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- 1
- erster
Zylinder
- 2
- zweiter
Zylinder
- 3
- dritter
Zylinder
- 4
- Greiferbrücke
- 5
- Drehzahlgeber
- 6
- Steuerungseinrichtung
- 7
- Stellantrieb
- 8
- Kennlinie
- 9
- Schrägverzahnung
- 10
- Bogendruckmaschine
- 11
- erstes
Zahnrad
- 12
- zweites
Zahnrad
- 13
- drittes
Zahnrad
- 14
- Speiche
- 15
- Verzahnungsbrücke
- 16
- Druckbogen
- 17
- Vorderkante
- 18
- Hinterkante
- 19
- Seitenkante
- 20
- Messort
- 21
- ./.
- 22
- Geschlossener
Regelkreis
- 23
- Effektiver
Wälzkreis
- 24
- Grundkörper
- 25
- Ring
- 26
- Ist-Wert
- 27
- Soll-Wert
- 28
- Bogenlaufrichtung
- i
- Übersetzung
- iG
- Grundübersetzung
- Δ(φ)
- Übersetzungsschwankung
- φ
- Maschinendrehwinkel