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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Vorspannkraft
zwischen aufeinander abwälzenden
zylindrischen Oberflächen
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die
zylindrischen Oberflächen
können
Zylindern einer Druckmaschine zugeordnet sein, insbesondere können die
zylindrischen Oberflächen
die Oberflächen
von Schmitzringen von Druckwerkszylindern einer Druckmaschine umfassen.
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Aus
der
DE 35 20 344 C2 ist
eine Einrichtung zur Messung des Anpressdrucks zwischen Schmitzringen
von Druckzylindern einer Rotationsdruckmaschine bekannt, durch die
die dynamischen Änderungen
des Anpressdrucks durch eintretenden Lager- und Schmitzringverschleiß erfasst
und ausgewertet werden können.
Zu diesem Zweck sind mindestens zwei Messwertgeber vorgesehen, von
denen einer dem Spannkanal des eines Zylinders und der andere der
Mantelfläche
des anderen Zylinders zugeordnet ist. Die Messwertgeber können auf
den Wellen angeordnete Dehnungsmessstreifen oder induktive Näherungsaufnehmer
sein.
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Auch
aus der
DE 29 29 605
A1 ist bereits eine Vorrichtung zur Messung des Anstelldruckes zwischen
zwei Schmitzringen bekannt.
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Eine
weitere Vorrichtung zur Messung des Verschleißes von Schmitzringen, die
gleichzeitig auch den Pressdruck, mit dem die Schmitzringe gegeneinander
gepresst werden, messen kann, ist aus der
DE 103 31 603 A1 bekannt.
Hierbei weist mindestens einer der Schmitzringe einen Sensor, beispielsweise
einen sich über
den Umfang des Schmitzrings erstreckenden piezoresistiven Dünnschichtsensor auf,
der ein Messsignal liefert, welches einer Auswerteinheit zugeführt wird,
wobei die Auswerteinheit einen Ausgang aufweist, der im Falle eines
regulären Messwertebereichs
einen ersten Zustand annimmt und im Falle eines irregulären Messwertebereichs
einen zweiten Zustand. Die piezoresistive Eigenschaft wird zur Messung
der Presskraft ausgenutzt. Bei Verschleiß der Schmitzringe werden die
Dünnschichtsensoren
zerstört,
wodurch die Schmitzringe in direkten leitenden Kontakt kommen, wodurch
der Verschleißzustand
detektiert werden kann.
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Die
vorstehend erläuterten
bekannten Lösungen
haben u. a. den Nachteil der schwierigen Zugänglichkeit, der beengten Bauraumverhältnisse
und des erforderlichen Platzbedarfs. So müssen in einer Druckmaschine
zur Bestimmung der Schmitzringkräfte
zunächst
Maschineneinrichtungen wie z. B. Plattenwechsler, Feuchtwerke oder
Schmiereinrichtungen entfernt werden.
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Auch
können
sich beim Stand der Technik Schwierigkeiten hinsichtlich der erforderlichen
Messgenauigkeit bzw. eines quantifizierbaren Messergebnisses ergeben.
Auch erfordern die bekannten Lösungen
einen nicht unerheblichen technischen Aufwand; so erhöht der dauerhafte
Einbau von Kraftaufnehmern die Kosten der Maschine und ein temporärer Einbau
von Kraftaufnehmern ist insbesondere auch zeitraubend und daher
sehr aufwendig.
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Aus
der
DE 100 04 480
C2 ist des Weiteren ein Verfahren zum Einstellen der Vorspannung
zweier Zylinder mit Schmitzringen bekannt, bei dem eine außerhalb
der Druckmaschine befindliche Einstelllehre in Form eines originalgetreuen
Schmitzringpaares vorgesehen ist, in die eine Messvorrichtung eingebracht
wird, dort ein Sollwert aufgenommen wird und dieser Sollwert mittels
der Messvorrichtung nachfolgend durch Justieren der Schmitzringpaare
in der Druckmaschine reproduziert wird, wodurch aufgrund der Vergleichsmessung
mit Messfehlern behaftete Messergebnisse unberücksichtigt bleiben können. Eine
solche Lösung
ist jedoch technisch besonders aufwendig und kostenintensiv.
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Aus
der
DE 10 2005
023 482 B3 ist ein Verfahren zur Diagnose eines Gummituchs
eines rotatorisch angetriebenen Zylinders einer Druckmaschine bekannt,
bei dem der Antriebsstrom des Motors überwacht wird, um hieraus Rückschlüsse über den
Zustand des Gummituchs treffen zu können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen
einer Vorspannkraft zwischen aufeinander abwälzenden angetriebenen zylindrischen
Oberflächen
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass sie ein quantitatives Bestimmen der Vorspannkraft mit geringem
Aufwand erlaubt.
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Der
technische Aufwand zur Durchführung des
Verfahrens ist insbesondere auch insofern sehr gering, als eine
Demontage von Maschinenteilen für die
Verwirklichung des Verfahrens nicht erforderlich ist. Vielmehr nutzt
die Erfindung die messtechnischen Möglichkeiten und Berechnungsfunktionen des
ohnehin bereits vorhandenen Antriebs bzw. Servoantriebs.
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Das
Erfassen der Veränderungen
der Antriebsparameter des Antriebs kann mit hoher Genauigkeit erfolgen
und demzufolge kann die Vorspannkraft mit hoher Genauigkeit ermittelt
werden. Es ist eine direkte Bestimmung einer quantifizierten Vorspannkraft
möglich,
ohne Zuhilfenahme von Nomogrammen o. dgl. Darüberhinaus ermöglicht die
Erfindung eine Automatisierung einer Diagnosefunktion.
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In
bevorzugter Weiterbildung der Erfindung werden die beim Überrollen
des mindestens einen Störgegenstandes
auftretenden Veränderung
eines Antriebsmoments des mindestens einen Antriebs sowie ein Auftreten
eines Schleppfehlers des mindestens einen, vorzugsweise lagegeregelten,
Antriebs erfasst. Aus diesen Größen werden vorzugsweise die
geleistete Aufrollarbeit und Abrollarbeit bestimmt und hieraus der
konservative und der dissipative Arbeitsanteil.
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Ist
die Systemsteifigkeit bekannt, so wird in bevorzugter Weiterbildung
der Erfindung hieraus und unter Berücksichtigung der Systemsteifigkeit
auf der Basis eines einzigen Überrollvorgangs
die Vorspannkraft zwischen den Zylindern berechnet.
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Ist
die Systemsteifigkeit nicht bekannt, so wird in bevorzugter alternativer
Weise so verfahren, dass der Bestimmung der Vorspannkraft mindestens zwei Überrollvorgänge mit
Störgegenständen von
jeweils unterschiedlicher Dicke zugrunde gelegt werden.
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Gemäß einer
weiterhin bevorzugten Ausführung
der Erfindung kann so verfahren werden, dass der Störkörper mehrfach überrollt
wird und den weiteren Berechnungen ein Mittelwert der erfassten
Veränderungen
der Antriebsparameter zugrunde gelegt wird. Hierdurch kann eine
gesteigerte Genauigkeit bei der Bestimmung der Vorspannkraft erzielt
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten weiteren Ausführung
der Erfindung kann die Genauigkeit der Bestimmung auch dadurch gesteigert
werden, dass ein Störkörper verwendet
wird, der in Überrollrichtung eine
mehrfach gestufte Dicke aufweist, wobei der Störkörper in diesem Falle vorzugsweise
mehr als zwei Stufen aufweist. Vorzugsweise wird zur Bestimmung
der Vorspannkraft sodann eine Regressionsgerade berechnet und aus
der Steigung der Regressionsgeraden wird, vorzugsweise automatisiert,
die Systemsteifigkeit berechnet und ggf. die notwendige (geometrische)
Vorspannungsänderung
ermittelt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
Folgenden näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Verfahrens,
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2 eine
Graphik, die Messergebnisse des Drehmoments des Antriebs, eines
Schleppfehlers des Antriebs sowie die Überrollarbeit, jeweils in Abhängigkeit
von der Zeit, darstellt,
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3 eine
Graphik, die Überrollarbeit
in Abhängigkeit
des Einstellwerts an einer Schmitzringuhr darstellt,
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4 eine
Graphik, die die Schmitzringkraft in Abhängigkeit des Einstellwerts
an der Schmitzringuhr darstellt,
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5 eine
Graphik, die die Überrollarbeit
in Abhängigkeit
der Dicke eines Fühlerlehrenbandes darstellt,
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6 eine
Graphik, die die Schmitzringkraft in Abhängigkeit der Dicke des Fühlerlehrenbandes darstellt,
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7 eine
schematisierte Seitenansicht einer Neun-Zylinder-Satelliten-Druckeinheit,
und
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8 den
Ablauf der Überrollungen
der Störgegenstände bei
der Druckeinheit nach 7.
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Die
in 1 dargestellte, stark schematisierte Anordnung
zeigt zwei zusammenwirkende Zylinder 01; 02, insbesondere
mit Schmitzringen 03; 04 versehene Druckwerkszylinder 01; 02 eines
im Übrigen
nicht näher
dargestellten Druckwerks einer Rotationsdruckmaschine, deren Oberflächen, zumindest im
Bereich der gegeneinander gepressten Schmitzringe 03; 04,
aufeinander abwälzen.
Einer der beiden Druckwerkszylinder 01; 02 oder
beide Druckwerkszylinder 01; 02 können mittels
(jeweils) eines Antriebs 06 bzw. Antriebsmotors 06,
insbesondere eines lagegeregelten Antriebsmotors 06, beispielsweise
eines Servomotors 06 antreibbar sein. Im Falle des Ausführungsbeispiels
nach 1 ist der Druckwerkszylinder 01 mittels
des Antriebsmotors 06 antreibbar.
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Der
Antrieb 06 wird von einer Regelung 07 bzw. einem
Antriebsregler 07 geregelt, dessen Antriebsparameter wie
insbesondere Antriebsmoment und Schleppfehler zur Durchführung des
Verfahrens überwacht
und einer Recheneinrichtung 08 bzw. einem Rechner 08 zugeführt werden,
der auf der Basis der Veränderungen
dieser Antriebsparameter beim Überrollen
eines Störgegenstandes 09 die
Vorspannkraft zwischen den beiden Druckwerkszylindern 01; 02 berechnet.
Das der Vorspannkraft entsprechende Signal kann einem Ausgang 11 zugeführt werden. Das
entsprechende Signal kann ggf. auch dazu verwendet werden, durch
Veränderung
der gegenseitigen Lage der beiden Druckwerkszylinder 01; 02,
beispielsweise durch Versetzen der Achse des Druckwerkszylinders 02 in
radialer Richtung, den Anpressdruck bzw. die Anpressspannung zu
korrigieren bzw. einzustellen, wie dies durch die gestrichelte Linie 12 angedeutet
ist.
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Die
Recheneinrichtung 08 kann, anstatt als eigenständiger Rechner 08 ausgebildet
zu sein, auch im Antriebsregler 07 integriert sein. Das
Verfahren kann mittels Firmware im Antriebsregler 07 automatisierbar
sein.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens wird ein Störgegenstand 09 mit
einer kalibrierten Dicke s, in 1 zu Darstellungszwecken
stark übergrößert dargestellt,
z. B. ein Fühlerlehrenband 09,
auf der zylindrischen Oberfläche
z. B. des Schmitzrings 03 befestigt und die Druckzylinder 01; 02 mittels
des Antriebes 06 in Rotation versetzt. Beim Überrollen
des Störgegenstandes 09 der
Dicke s kommt es zu Veränderungen
im Antriebsmoment und zu einem Schleppfehler des Antriebs 06.
Aus diesen Größen werden
die geleistete Auf- und Abrollarbeit bestimmt und hieraus der konservative
Arbeitsanteil Wk und der dissipative Arbeitsanteil
Wd bestimmt. Vorzugsweise besitzt der Störgegenstand 09 eine
Dicke von 10 bis 50 μm.
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Bei
Kenntnis der Systemsteifigkeit kges genügt dieser
eine Überrollvorgang
zur Berechnung der Vorspannkraft F0 aufgrund
folgender Beziehungen:
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Aus
dem bestimmten Integral für
den konservativen Arbeitsanteil W
k der Überrollarbeit
ergibt sich durch Integration
und Umstellen die gesuchte Vorspannkraft F
0 zu
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Eine
Fehlerrechnung zur Abschätzung
der Aussagesicherheit des Verfahrens ergibt in einer konkreten Fallgestaltung
eine Gesamtunsicherheit von ca. 8% bzgl. der Vorspannkraft F0, bei einer Unsicherheit von 2% bzgl. der
Messgröße konservativer Arbeitsanteil
Wk, einer Unsicherheit von 0,001 mm bzgl.
der Dicke s des Störkörpers 09 sowie
einer Unsicherheit von 25% bzgl. der berechneten Systemsteifigkeit
kges.
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Ist
die Systemsteifigkeit k
ges demgegenüber nicht
bekannt, so ist mindestens ein zweiter Messwert der Überrollarbeit
mit einem weiteren Störgegenstand
09 einer
anderen Dicke s zu bestimmen. Es sei angenommen, dass zwei Störgegenstände
09 mit unterschiedlichen
Dicken s1 und s2 eingesetzt werden, wobei s1 < s2 sein soll. Dann gilt Folgendes: Aus
den bestimmten Integralen für
den konservativen Arbeitsanteil W
k1 bzw.
W
k2 bei den Messpunkten entsprechend den
Dicken s1 bzw. s2
ergibt sich durch Integration
und Auflösen
die gesuchte Vorspannkraft wie folgt:
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Die
Systemsteifigkeit k
ges lässt sich hieraus wie folgt
bestimmen:
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Auch
hier ergibt eine Fehlerrechnung zur Abschätzung der Aussagesicherheit
des Verfahrens in einer konkreten Fallgestaltung wiederum eine Gesamtunsicherheit
von ca. 8% bzgl. der Vorspannkraft F0, bei
einer Unsicherheit von 2% bzgl. der Messgröße konservativer Arbeitsanteil
Wk und einer Unsicherheit von 0,001 mm bzgl.
der Dicke s1 und einer Unsicherheit von 0,002 mm bzgl. der Dicke
s2 der jeweiligen Störkörper 09.
Die Gesamtunsicherheit ist stark von der Unsicherheit der Dicke
s1 des weniger dicken Störkörpers 09 abhängig und
diese sollte daher möglichst
genau bekannt sein.
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2 zeigt
beispielhaft die Messergebnisse für Drehmoment und Schleppfehler
sowie die daraus berechnete Überrollarbeit
bei der oben genannten konkreten Fallgestaltung.
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In 3 ist
der konservative Arbeitsanteil Wk bzw. die Überrollarbeit
Wk über
dem Einstellwert an einer Schmitzringuhr dargestellt. Jeder Messpunkt stellt
den arithmetischen Mittelwert aus sieben Wiederholungen der Messung
dar, die dargestellten Fehlerbalken entsprechen einem Vertrauensbereich
von 99%.
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In 4 ist
die Schmitzringkraft F0 über dem Einstellwert an der
Schmitzringuhr dargestellt, errechnet aus der Überrollarbeit Wk nach 3.
Für einen
Einstellwert an der Schmitzringuhr von 45 μm ist die Schmitzringkraft F0 bzw. Vorspannkraft F0 gekennzeichnet.
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In 5 ist
die Überrollarbeit
Wk bzw. der konservative Arbeitsanteil Wk über
der Dicke s des Störkörpers 09,
beispielsweise eines Fühlerlehrenbandes 09,
dargestellt, bei einem Einstellwert der Schmitzringuhr von 45 μm.
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Errechnet
man aus der Überrollarbeit
Wk die Schmitzringkraft F0 bzw.
Vorspannkraft F0, so erhält man die Darstellung gemäß 6.
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Die
beiden Druckwerkszylinder 01; 02 gemäß den vorstehenden
Ausführungen
können
jeweils in einer Druckeinheit angeordnete Gummizylinder 01; 02,
in einer so genannten Gummi-Gummi-Anordnung gegeneinander angestellt,
sein, so dass die gegeneinander angestellten Gummizylinder 01; 02 wechselseitig
als ein Gegendruckzylinder fungieren. In alternativer Weise können mehrere
Druckwerke zu einer Satellitendruckeinheit zusammengefasst werden,
wobei die Druckwerke um einen gemeinsamen, von den übrigen Druckzylindern 01; 02 separaten Gegendruckzylinder 13 bzw.
Satellitenzylinder 13 angeordnet sind. In diesem Fall,
der in 7 veranschaulicht ist, weist der Satellitenzylinder 13 einen
eigenen Antrieb 06 auf und jedes Paar an Druckwerkszylindern 01; 02 kann
einen oder auch zwei eigene Antriebe 06 aufweisen.
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In 7 sind
die Kontaktstellen K11; K12; K21; K22; K31; K32; K41; K42 der Störgegenstände 09 und
deren Drehwinkelpositionen in der Drehwinkelposition des Satellitenzylinders 13 von
0° dargestellt. 8 zeigt
die Reihenfolge der Überrollung
der Störgegenstände 09,
aufgetragen über
dem Drehwinkel am 9er-Satelliten.
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Die
Anordnung der Störkörper ermöglicht die Messung
aller Schmitzring-Vorspannungen während einer Zylinderdrehung.
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Das
Verfahren ist unabhängig
von der Temperatur der Maschine anwendbar.
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- 01
- Zylinder,
Druckwerkszylinder, Gummizylinder
- 02
- Zylinder,
Druckwerkszylinder, Gummizylinder
- 03
- Schmitzring
- 04
- Schmitzring
- 05
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- 06
- Antrieb,
Antriebsmotor, Servomotor
- 07
- Regelung,
Antriebsregler
- 08
- Recheneinrichtung,
Rechner
- 09
- Störgegenstand;
Fühlerlehrenband
- 10
-
- 11
- Ausgang
- 12
- Linie
- 13
- Gegendruckzylinder,
Satellitenzylinder
- K11
- Kontaktstelle
- K12
- Kontaktstelle
- K21
- Kontaktstelle
- K22
- Kontaktstelle
- K31
- Kontaktstelle
- K32
- Kontaktstelle
- K41
- Kontaktstelle
- K42
- Kontaktstelle
- kges
- Systemsteifigkeit
- F0
- Schmitzringkraft,
Vorspannkraft
- s
- Dicke
(09)
- s1
- Dicke
(09)
- s2
- Dicke
(09)
- Wd
- Arbeitsanteil,
dissipativer
- Wk
- Überrollarbeit,
Arbeitsanteil, konservativer
- Wk1
- Überrollarbeit,
Arbeitsanteil, konservativer, bei s1
- Wk2
- Überrollarbeit,
Arbeitsanteil, konservativer, bei s2
