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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Niveaus,
vorzugsweise zur Ermittlung des Niveaus der Oberfläche eines
Stapels von Bögen,
insbesondere zur auslegerseitigen Anordnung an einer Druckmaschine,
vorzugsweise einer digitalen Druckmaschine, umfassend wenigstens
ein aufwärts-
und abwärts
bewegliches, insbesondere aufwärts-
und abwärts
schwenkbares Tastelement zur Ertastung des Niveaus.
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Eine
Vorrichtung der genannten Gattung ist beispielsweise aus der
DE 100 23 807 A1 bekannt.
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Das
genannte Tastelement muss mit einer gewissen Kraft, dass heißt auch
mit einem gewissen Impuls, auf das zu ermittelnde Niveau auftreffen,
um dieses Niveau definiert zu erfassen, insbesondere dann, wenn
das Niveau der Oberfläche
eines Bogenstapels erfasst werden soll, der zum Beispiel in den Zwischenräumen zwischen
den abgelegten Bögen noch „Luft" enthalten könnte oder
der wegen Ungleichmäßigkeiten
der Bögen,
beispielsweise durch unterschiedliche Bedruckung, uneben sein könnte, so
dass in gewisser Weise das zu ermittelnde Niveau durch das Tastelement
erst einmal gefunden bzw. definiert werden muss.
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Ein
zu großer
Impuls könnte
jedoch auf Bögen
des Stapels übertragen
werden, so dass diese zum Beispiel verrutschen, und so der zu erfassende Stapel
durch das Tastelement selbst beeinträchtigt wird. Der Impuls bzw.
die Kraft sollte daher so klein wie möglich eingestellt werden. Ein
solch kleinerer Impuls wird nicht so leicht auf den Stapel übertragen, aber
führt dann
dazu, dass das Tastelement von dem zu ermittelnden Niveau abprallt
und sich wieder aufwärtsbewegt
oder sogar Schwingungen vollführt. Dies
erschwert und beeinträchtigt
jedoch die Erfassung des von dem Tastelement erreichten Niveaus, zum
Beispiel mit einem Sensor. Zumindest wird die Ermittlung hierdurch
verzögert,
so dass Ermittlungen dieser Art in schneller Abfolge nicht mehr
möglich sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, schneller und präziser eine
Lagebestimmung des Tastelementes vornehmen zu können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
wenigstens ein Dämpfungsorgan
zur Dämpfung
der Aufwärtsbewegung
des Tastelements.
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Das
Dämpfungsorgan
sorgt mit Vorteil dafür, dass
das Tastelement nach dem Erreichen des zu ermittelnden Niveaus kontrolliert
in der eingenommenen Lage und Position verbleibt, indem es ein Zurückprallen
des Tastelementes verhindert oder zumindest hemmt und/oder begrenzt.
Dadurch wird eine Ermittlung des ertasteten Niveaus schneller, leichter
und genauer möglich.
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Die
Dämpfung
soll in jeder Position und über den
gesamten Arbeitsbereich des Tastelementes nach Möglichkeit etwa gleich bleiben,
sowie auch unabhängig
vom Bewegungszustand des Tastelementes und auch alterungsbeständig und
ermüdungsfrei sein.
Dämpfungen,
die zum Beispiel auf Viskositäten, Kompressibilitäten oder
dergleichen beruhen, erfüllen
diese Anforderungen in der Regel nicht. Eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sieht daher vor, dass das Dämpfungsorgan
wenigstens ein nur bei der Aufwärtsbewegung des
Tastelementes mitzunehmendes Massenelement umfasst, wodurch die
vorskizzierten Unteraufgaben in einfacher, kostengünstiger,
robuster und eleganter Weise gelöst
werden.
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Eine
nächste
Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das
Tastelement als ein um eine Achse aufwärts- und abwärts schwenkbares
Tastelement ausgebildet ist und das Dämpfungsorgan als Rotationsdämpfer ausgebildet
ist, was insbesondere relativ platzsparend und kompakt umsetzbar
ist. Dies wird erfindungsgemäß bevorzugt verwirklicht
durch einen Freilauf, der bei der Abwärtsbewegung des Tastelementes
freiläuft
und bei der Aufwärtsbewegung des
Tastelementes entgegen der Dämpfung
arbeitet.
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Dazu
ist bevorzugt ein Massenelement auf einer Achse angeordnet ist,
wobei vorzugsweise das Dämpfungsorgan
einer zweiten Achse zugeordnet ist, mit der das Tastelement auf
seiner Achse in seiner Bewegung gekoppelt ist und die vorzugsweise zur
Achse des Tastelementes parallel angeordnet ist. Dabei können zur
Kopplung miteinander in Eingriff stehende Zahnkranzelemente vorgesehen
sein, wobei eines der Zahnkranzelemente auf dem Freilauf sitzen
kann.
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Es
kann im Prinzip ein handelsüblicher
Freilauf hierfür
genutzt werden. Derartige Freiläufe
sind kostengünstig,
wartungsarm und dauerhaft haltbar und konstruktiv leicht zu berücksichtigen
und einzubauen, auch bei geringem Platzangebot und auch durch Nachrüsten. Sitzt
ein Zahnkranzelement auf dem Freilauf, so muss in Freilaufrichtung
lediglich dieser relativ leichte Zahnkranz mitbewegt und mitbeschleunigt
werden, so dass der gewollte Bewegungsablauf des Tastelementes beim
Ertasten des Niveaus mit Vorteil praktisch nicht beeinflusst und
beeinträchtigt
wird. In umgekehrter Richtung kann dagegen die Dämpfung sofort angreifen und
aktiv werden, und zwar ohne ein größeres Arbeitsspiel, das bereits
zuviel Raum für
unliebsame Rückbewegungen
des Tastelementes lassen würde.
Soll das Tastelement dann für
einen nächsten
Tastvorgang wieder angehoben werden, geschieht dies bewusst und
mit dem nötigen
Energie- und Krafteinsatz zwangsweise, ohne jegliche Probleme. Insbesondere
kann dann eine mitzunehmende Masse ohne weiteres einfach zusammen
mit dem Taster bewegt werden. Dabei kann gegebenenfalls noch mit
Vorteil berücksichtigt werden,
dass die Tastbewegung in Abwärtsrichtung relativ
schnell erfolgen muss und im Freilauf ungehindert ist und die Aufwärtsbewegung
relativ langsam erfolgen darf.
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Zur
Sicherstellung und Beschleunigung der Abwärtsbewegung kann das Tastelement
unter einer in seiner Abwärtsbewegungsrichtung
wirkenden Kraftbeauschlagung, vorzugsweise einer Federbelastung,
stehen. Auch diese zusätzliche
Belastung stellt für
die erzwungene Aufwärtsbewegung
und Rückstellung
des Tastelementes kein Hindernis dar.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
aus dem sich auch weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf
das die Erfindung in ihrem Umfang aber nicht beschränkt ist,
ist in der Zeichnung dargestellt.
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Die
einzige Figur zeigt eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
zur Ertastung der Stapelhöhe
gestapelter Bögen
im Ausleger einer Druckmaschine, insbesondere einer elektrofotografisch
arbeitenden Druckmaschine, vorgesehen sein soll.
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Bevor
näher auf
ein erfindungsgemäßes Dämpfersystem
der Vorrichtung eingegangen wird, werden zunächst einige Erläuterungen
zu dem Stapelhöhentaster,
der im Folgenden nur noch mit Taster 7 bezeichnet werden
soll, gegeben.
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Dieser
Taster 7 ist in einem nicht näher dargestellten rotierenden
Auslegersystem eingebaut und mit diesem gekoppelt und steuert letztlich
den Absenkprozess eines Liftsystems während des Ablagevorganges von
Bögen auf
einem Stapeltablett 9. Dabei gibt es verschiedene Zustände, die
der Taster 7 einnehmen kann.
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Wird
ein Bogen in dem rotierenden System an eine nicht dargestellte Stapelkante
herangeführt, dann
wird der Taster 7 durch eine entsprechende Mechanik des
rotierenden Auslegersystems in eine abgehobene bzw. weggeschaltete
Stellung bewegt, damit der Bogen mit seiner Vorderkante ungehindert
an die Stapelkante transportiert werden kann.
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Nachdem
der Bogen die Führungssysteme des
rotierenden Auslegersystems verlassen hat und flach auf dem Stapeltablett 9 bzw.
dem bereits vorhandenen Stapel 8 zum Liegen kommt, wird
der Taster 7 über
rotierende Prozesse im Auslegersystem ausgelöst und fällt auf den abgelegten Bogen.
Sobald der Taster 7 dann beruhigt auf der Stapeloberfläche liegt,
wird über
Sensoren (in diesem Fall kann es sich dabei um zwei nicht dargestellte
Gabellichtschranken handeln, die von einer Schaltfahne des Tasters 7 gegebenenfalls
unterbrochen werden,) die Stapelhöhe ermittelt. Da mit der Sensorik
nicht detailliert jede beliebige Höhe ermittelt werden kann, werden
hierzu Bereiche voneinander unterschieden.
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Grundsätzlich gibt
es ein Nullniveau. Dieses stellt die maximal mögliche Stapelhöhe dar.
Wird diese überschritten,
dann wird ein Absenken des Lifts angestoßen, so dass der Stapel 8 wieder
unterhalb des Nullniveaus abgesenkt wird und weitere Bögen aufnehmen
kann.
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Bedingt
durch unterschiedliche Druckbilder, insbesondere Tonerschichten,
auf den Bögen
kann es aber auch zu Stapelunebenheiten kommen, die dazu führen, dass
der Taster ein Stapelniveau unterhalb von Null detektiert. Dies
kann dadurch geschehen, dass entlang der Stapelkante bevorzugt drei gleichwertige
Tastersysteme arbeiten und immer der am höchsten detektierende Taster 7 die
Führungsrolle
für den
Lift übernimmt.
Ausgelegt ist dieses gesamte System dabei für Stapelunebenheiten von zum
Beispiel Null bis -15 mm.
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Nachdem
das Niveau bei -15 mm unterschritten worden ist, wird eine Meldung
an die Druckmaschine gesendet, die daraufhin den Druckprozess unterbricht
und einen Bediener dazu auffordert, den Stapel 8 aus dem
Auslegersystem zu entnehmen.
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Somit
gibt es drei zu detektierende Arbeitspunkte: abgehobene Endstellung,
Nullstellung und das Niveau bei -15 mm, und einen Arbeitsbereich
von Null bis -15 mm. Diese Zustände
sind jeweils mit Hilfe der zwei genannten Lichtschranken erkennbar.
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Genau
in dem Arbeitsbereich von Null bis -15 mm kann der Taster 7 auf
dem Stapel 8 zum Liegen kommen, und innerhalb dieses gesamten
Bereichs muss der Taster 7 gleichermaßen mit geringer Kraft und
annähernd
schwingungsfrei auf dem Stapel 8 beim Tastvorgang ruhen.
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Schwingungsfreiheit
ist erforderlich, damit die Sensoren überhaupt eine aussagekräftige Messung
durchführen
können.
Es ist dafür
ein geringe Kraft vorzusehen, damit der Stapel 8 nicht
zum "Auswandern" neigt. Auswandern
bedeutet hier, dass sich die Bögen
des Stapels 8 unter dem zuletzt abgelegten Bogen von der
Stapelkante entfernen. Dieses Phänomen
des Auswanderns haben Laboruntersuchungen nachgewiesen, als zunächst ein
sehr stark verfederter Taster 7 mit großer Kraft auf den Stapel 8 aufschlug
und diesen dann dabei bis zu 20 mm aus der theoretisch genauen Lage
gegenüber
der Stapelkante herausbewegte.
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Nach
Einsetzen einer deutlich schwächeren Feder 10 ist
dieses "Auswandern" fast nicht mehr
zu erkennen, einhergehend mit der Federkraftreduzierung ist dann
aber eine Zunahme an Überschwingern des
Tasters 7 auf dem Stapel 8 möglich.
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Genau
dieses unerwünschte
Schwingen des Tasters 7 wird nun aber durch ein erfindungsgemäßes Dämpfersystem
verhindert oder zumindest hinreichend eingeschränkt, denn nur ein beruhigter
Taster 7 kann sensorisch erfasst werden.
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Besonders
schwierig wird nämlich
das Erkennen des Tasters 7, wenn dieser genau mit seiner Schaltfahnenflanke
im Sensorfeld steht. Die geringste Schwingung in dieser Stellung
lässt dann
eine Fehldiagnose zu. Dieser Zustand wird immer in der Nullstellung
bzw. kurz vor dieser erreicht. Aber gerade dort kommt es auf ein
präzises
Auslesen der Daten an, weil bei dem Überschreiten der Nullpunktposition
der Absenkprozess des Lifts eingeleitet wird.
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Hat
das Liftsystem den Stapel 8 dann erst einmal abgesenkt,
sind auftretende Schwingungen des Tasters 7 nicht erheblich,
weil die Lichtschranke dann nicht mehr direkt auf die Schaltfahnenflanke schaut,
sondern in ein geöffnetes
Fenster (Ausbruch in der Schaltfahne) schaut, welches entsprechend der
Weite der möglichen „-15 mm-Stellung" ausgedehnt bzw.
angeordnet ist. Solange dann auftretende Schwingungen die Schaltfahnenflanke
nicht wieder in die Lichtschranke führen, wird kein Absenkprozess ausgelöst.
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Mit
zunehmend abgelegten Bögen
nimmt das Stapelniveau aber wieder kontinuierlich zu und letztlich
wird wieder das Nullniveau erreicht. Das Bestreben liegt nun darin, über den
gesamten Bereich (Null bis -15 mm) einen nicht schwingenden Taster 7 zu
betreiben.
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Hierfür ist erfindungsgemäß an dem
Taster 7 ein Zahnradsegment 6 angebaut, welches
den gleichen Drehpunkt wie der Taster 7 aufweist. Der Durchmesser
des Zahnradsegmentes 6 sollte nicht zu klein gewählt werden,
damit ein möglichst
großer
Arbeitsweg für
das Dämpfersystem
zurückgelegt
werden kann. Bei einem kleinen Durchmesser und gleich großem Winkelarbeitsbereich
würde sich
ein deutlich kleinerer Arbeitsweg einstellen, der dann so klein werden
kann, dass die "Lose" oder das „Spiel" im System schon
größer sein
kann und das gewünschte Dämpfen gar
nicht mehr stattfinden kann.
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Im
Eingriff mit diesem Zahnradsegment 6 befindet sich ein
Ritzel 2 welches nicht direkt auf eine Welle gebaut wird,
sondern über
einen Freilauf 1 auf der Welle installiert wird. Der Freilauf 1 ist
dabei so herum in das Ritzel 2 eingepresst, dass bei herabfallendem
Taster 7 der Freilauf nicht blockiert (Pfeil 12).
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Auf
der Welle befindet sich zusätzlich
eine dämpfende
Masse 3, die entsprechend dem gesamten Massesystem "Taster" ausgelegt ist. Diese
Masse 3 ist fest mit der Welle verbunden. Das ganze System
befindet sich rotierbar gelagert auf einem Halteblech 4,
welches auf einer Basis 5 der Vorrichtung angeordnet ist.
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Wie
bereits erwähnt,
kann der Taster 7 nach dem Auslösen, bedingt durch das rotierende
Auslegersystem, ungebremst auf den Stapel 8 herabfallen. Unterstützt wird
dieses Herunterfallen durch eine an einem Halter 13 für den Taster 7 angeordnete
Zugfeder 10, damit der Taster 7 in einem gewissen
Zeitfenster die Stapeloberfläche
erreicht. Insgesamt sind die beim Auftreffen des Tasters 7 in
den Stapel 8 eingeleiteten Normalkräfte so gering wie möglich zu
halten.
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Nachdem
der Taster 7 die Stapeloberfläche erreicht hat, wird sich
dieser entsprechend des Impulserhaltungsgesetzes wieder vom Stapel 8 abheben,
weil der Stapel ein annähernd
starres, elastisches System darstellt. Dieses Abheben, welches in der
Richtung 11 erfolgt, wird nun aber über den im Ritzel 2 befindlichen
Freilauf 1 verhindert. Genau diese vom Taster 7 angestrebte
Aufwärtsbewegung 11 blockiert
also der Freilauf 1. Der Taster 7 müsste daher
dabei somit nicht nur den Widerstand des Ritzels 2 überwinden,
sondern auch den entsprechend ausgelegten Widerstand der Masse 3.
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Bedingt
durch die relativ große
Trägheit
der rotierbar gelagerten Masse 3, zum Beispiel eines aus Bronze
gefertigten Körpers,
wird der Impuls in das Massesystem gelenkt und dissipiert letztlich.
Der Taster 7 kann sich somit nicht vom Stapel 8 abheben.
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Nachdem
die Sensorik das Stapelniveau erfasst hat und ein nächster Bogen
an die Stapelkante herangeführt
wird, muss der Taster 7 wiederum, dieses Mal mechanisch
angetrieben, abgehoben werden. Hierbei hat das dämpfende System keinen allzu großen Einfluss,
weil die Hebegeschwindigkeit deutlich geringer als die der Prellbewegungen
ist. Bei diesem gewollten Abhebeprozess werden das Ritzel 2, der
Freilauf 1 und die drehbar gelagerte Masse 3 rotatorisch
mitbewegt. Befindet sich der Taster 7 dann wieder in seiner
höchsten
Position, kann der Vorgang erneut starten. Nach dem Auslösezeitpunkt
fällt dann der
Taster 7 erneut ungebremst auf den Stapel 8 herunter
und wird dann bedämpft
dort gehalten.
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Mit
diesem dämpfenden
System ist also eine Lösung
gefunden worden, die unabhängig
von Zyklenzahlen pro Minute einen stabilen und langlebigen Einsatz
gewährleistet.
Alternativ zu diesem System gäbe
es handelsübliche
Rotationsbremsen. Bei diesen sind allerdings die Zyklenzahlen deutlich
eingeschränkt,
damit das dämpfende
Silikonöl
nicht erhitzt wird und seine Wirkung verliert. Beide Systeme arbeiten
ansonsten unabhängig
von der Winkelstellung über
den gesamten Rotationsbereich konstant. Auch wenn das im Ausführungsbeispiel
gezeigte dämpfende
System relativ groß ausfällt, so
ist dieses somit aber zu bevorzugen, weil dieses gezeigte System insbesondere
hohe Zyklenzahlen ohne Funktionsverluste verträgt.