DE102007062336A1 - Rotary printing machine with energy self-sufficient actuator system - Google Patents
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Abstract
Eine Rotationsdruckmaschine mit beweglichen oder rotierenden Maschinenelementen, vorzugsweise in Leichtbauweise, soll teilweise aktive Elemente, zum Beispiel Piezofasern und/oder adaptronische Elemente, enthalten. Diese Elemente werden zu definierten Zeitpunkten aktiviert. Zur vereinfachten Ausführung in der Druckmaschine ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein integrierter autarker Energiegenerator an dem bewegten Bauteil angebracht wird. Der Betrieb von Aktoren erfolgt mittels mehrerer Energiespeicher, die durch den Energiegenerator werden. Eine Triggerschaltung, gegebenenfalls mehrere Netzteile, regeln die Energieversorgung der Aktoren.A rotary printing press with movable or rotating machine elements, preferably in lightweight construction, is intended to contain partially active elements, for example piezo fibers and / or adaptronic elements. These elements are activated at defined times. For simplified execution in the printing machine, the invention provides that an integrated self-sufficient energy generator is attached to the moving component. The operation of actuators takes place by means of several energy stores which are generated by the energy generator. A trigger circuit, possibly several power supplies, regulate the power supply of the actuators.
Description
Die Erfindung betrifft eine Rotationsdruckmaschine, deren bewegte oder rotierende Teile eine autarken Energiegenerator aufweist, die über längeren Zeitraum durch Ausnutzung der Vibrations- und Bewegungsenergie Energie in Form von elektrischer Spannung erzeugt und einen Energiespeicher über einen längeren Zeitraum auflädt, und zu einem definierten Zeitraum die Energie aus dem Energiespeicher in einem relativ kurzem Zeitraum zur Verfügung zu stellen, um eine Aktion, zum Beispiel eine Versteifung eines Bauteils, das Piezofasern enthält, über das Anlegen einer Spannung an die Piezofasern zu erzielen.The The invention relates to a rotary printing machine whose moving or rotating parts has a self-sufficient energy generator over a longer period of time by utilizing the vibration and kinetic energy in Form of electrical voltage generated and an energy storage via a longer Charging period, and at a defined time the energy from the energy storage in a relatively short period of time to provide an action, For example, a stiffening of a component containing piezo fibers on the Apply a voltage to the piezo fibers.
Im Unterschied zu einer konventionellen Energieversorgung wird für einen erfindungsgemäßen autarken Energiegenerator gefordert, dass sie an keine Leitungen gebunden ist, die außerhalb des beweglichen Teils der Druckmaschine reichen oder diese in einer anderen geeigneten Form, zum Beispiel durch induktive oder kapazitive gekoppelte kontaktlose die Energie in die bewegten Teilen der Druckmaschine übertragen werden. Hierdurch wird die teure und wegen der Verschmutzungsproblematik in der Druckmaschine fehleranfällige und räumlich limitierte Energieübertragung über Drehübertrager vermieden. Durch die energieautarke Energieversorgung versorgt sich das Bauteil selbst mit der benötigten Energie. Dazu wird gefordert, dass die Energie nicht von außen eingestrahlt und das durch die Energieumwandlung auch keine Beeinflussung anderer Prozesse im Umfeld erfolgt. Dadurch unterscheidet sich der energieautarke Spannungsversorgung von Lösungen mit äußerer Energieeinstrahlung oder induktiver Energieübertragung.in the Difference to a conventional energy supply is for one self-sufficient according to the invention Energy generator required that they are not tied to any lines is that outside of the moving part of the printing press or these in one other suitable form, for example by inductive or capacitive coupled contactless transmit the energy into the moving parts of the printing press become. This is the expensive and because of the pollution problem error-prone in the printing press and spatially limited energy transfer via rotary transformer avoided. Powered by the self-sufficient energy supply the component itself with the needed Energy. This requires that the energy is not radiated from the outside and that by the energy conversion also no influence on others Processes in the environment takes place. This distinguishes the self-sufficient energy Power supply of solutions with external energy radiation or inductive energy transfer.
Es besteht vielfach der Wunsch in bewegliche Teile der Druckmaschine in einer Leichtbauweise zum Beispiel als Faserverbundmaterial auszuführen. Durch die Integration von aktiven Materialien, zum Beispiel Piezofasern, können diese Bauteile zu definierten Zeitpunkten durch Anlegen einer Spannung an die aktiven Ma terialien versteift werden, wobei eine Steifigkeit erzielt werden kann, die ein mehrfach die Steifigkeit des Ausgangsmaterials überschreiten kann. Eine interne Spannungsversorgung in dem beweglichen Teil ermöglicht auch auf einfache Weise die Integration adaptronischer Lösungen, zum Beispiel aktive Elemente zum Öffnen und/oder Schließen von Greifern. Die interne Strom-/Spannungsversorgung ermöglicht eine kleinteilige Bauweise ohne die aufwendige Anbindung einer externen Steuerung, wie zum Beispiel die Öffnung von Greifern durch eine Welle, die von einer außen liegenden Kurvenscheibe betätigt wird.It There is often the desire in moving parts of the printing press to perform in a lightweight construction, for example as a fiber composite material. By the integration of active materials, for example piezo fibers, can these components at defined times by applying a voltage the active materials are stiffened, with a stiffness can be achieved, which can exceed the rigidity of the starting material several times. An internal power supply in the moving part also allows in a simple way the integration of adaptronic solutions, for example, active elements for opening and / or closing Grippers. The internal power supply allows a Small-scale construction without the complex connection of an external Control, such as the opening of grippers by a shaft, that of an outer cam actuated becomes.
Der erfindungsgemäße Bauelement besteht dabei im Wesentlichen aus zwei Baugruppen, dem Energiegeneratorsystem und dem Aktorsystem, zum Beispiel eine in das Leichtbausystem eingebettete aktive Piezofasern oder eine oder mehrere adaptronische Stellglieder. Das Energiegeneratorsystem hat dabei die Aufgabe dem Umfeld Energie zu entziehen. Im Netzteil des Energieversorgungssystems wird die elektrische Größe des Energiewandlers an die Erfordernisse des Betriebs des Aktors angepasst. Das Netzteil kann auch einen Energiespeicher in der Form eines oder mehrerer Kondensatoren und/oder aufladbaren Batterien haben. Dabei bieten wiederaufladbare Kondensatoren hoher Kapazität, die als Doppeltschichtkondensatoren (auch Superkondensatoren, Supercaps, Ultracaps etc. bezeichnet), besondere Vorteile. Sie können auch bei niedrigen Temperaturen vollständig aufgeladen werden, sind sehr stabil gegen Vibrationen und Stöße, wie sie in Druckmaschinen vorkommen und können mit einer einfachen Ladeelektronik versorgt werden. Sie sind im Gegensatz zu klassischen Kondensatoren elektrochemische Energiespeicher und speichern bei gleichen Volumen bedeutend mehr Energie als konventionelle Kondensatoren. Im Vergleich zu einer Batterie können sie diese auch sehr viel schneller abgeben.Of the inventive component consists essentially of two assemblies, the energy generator system and the actuator system, for example, an active embedded in the lightweight system Piezo fibers or one or more adaptronic actuators. The Energy generator system has the task of energy environment to withdraw. In the power supply of the power system is the electrical Size of the energy converter adapted to the requirements of the operation of the actuator. The power supply can also be an energy store in the form of one or more Have capacitors and / or rechargeable batteries. Offer it Rechargeable high capacity capacitors used as double-layer capacitors (also called supercapacitors, supercaps, ultracaps, etc.), special advantages. You can are fully charged even at low temperatures very stable against vibration and impact, as in printing presses happen and can be supplied with a simple charging electronics. They are in contrast to classical capacitors electrochemical energy storage and store much more energy at the same volume than conventional ones Capacitors. Compared to a battery, they can also do a lot deliver faster.
Als Alternative zu den Doppeltschichtkondensatoren kommen auch Akkumulatoren in Betracht, wobei diese die Energie nicht so schlagartig zur Verfügung stellen können, wie die Doppeltschichtkondensatoren.When Alternative to the double-layer capacitors are also accumulators in consideration, which does not provide the energy so abruptly can, like the double-layer capacitors.
Die Möglichkeiten der Energieumwandlung aus dem Umfeld sind dabei sehr vielfältig. In Druckmaschinen wird dabei im Wesentlichen die Bewegungsenergie der bewegten Teile benutzt. Sie wird aus mechanischer Energie in Form von Schwingungen, Vibrationen oder Druckkräften gewandelt. Sie kann unter anderem durch die Veränderung einer aufgeladenen Kapazität (Spannungsdifferenz aus der Veränderung des Plattenabstandes) oder durch mechanische Druckkräfte auf piezoelektrische Materialien (Spannungsdifferenz aus der Verschiebung von Ladungen infolge der Gefügeänderungen) erfolgen. Insbesondere die piezoelektrischen Materialien eignen sich wegen Ihrer Robustheit und Langlebigkeit für den Einsatz in Druckmaschinen.The options The energy conversion from the environment are very diverse. In Printing machines is essentially the kinetic energy of used moving parts. It gets in shape from mechanical energy transformed by vibrations, vibrations or pressure forces. She can under other things through the change a charged capacity (Voltage difference from the change the plate distance) or by mechanical pressure forces Piezoelectric materials (voltage difference from the displacement of Charges due to structural changes) respectively. In particular, the piezoelectric materials are suitable because of their robustness and longevity for use in printing presses.
Dabei können das Energieerzeugung und die Aktorik in einem oder mehreren Bauelementen kombiniert sein, zum Beispiel indem Piezofasern teilweise passiv (zur Energieerzeugung) oder aktiv (als Aktor) betrieben werden. Das Piezofasersystem kann auch über eine lange Zeit als passives System betrieben werden (zur Energieerzeugung), während zu definierten Zeitpunkten dasselbe System als Aktor benutzt wird, indem Ladungen in dieses hinein geschoben werden. Diese Vorgehensweise macht zum Beispiel bei Auslegersystemen einer Bogenrotationsdruckmaschine Sinn, da über lange Wegstrecken keine besonderen Steifigkeitsanforderungen bestehen. Diese Zeiträume können zur Energieerzeugung genutzt werden, während zu definierten Zeitpunkten dasselbe System als Aktor zur Versteifung des Systems genutzt wird. Dies ist insbesondere zu den Zeitpunkten der Bogenübergabe erforderlich, um eine Einreißen der Bogenvorderkante zu vermeiden.In this case, the power generation and the actuators can be combined in one or more components, for example by piezo fibers being operated partly passively (for power generation) or actively (as an actuator). The piezo fiber system can also be operated for a long time as a passive system (for power generation), while at defined times the same system is used as an actuator by charges are pushed into this. This procedure makes a sheet rotation, for example, in cantilever systems printing machine sense, because over long distances there are no special rigidity requirements. These periods can be used for power generation, while at defined times the same system is used as an actuator for stiffening the system. This is particularly necessary at the time of sheet transfer to avoid tearing the sheet leading edge.
Das Energiererzeugungs- und Aktorsystem können aber auch zwei getrennte Module bzw. Elemente sein. Dies hat den Vorteil, dass das Energieerzeugungssystem optimal auf die Ausnutzung der Vibrations- und/oder Bewegungsenergie ausgelegt werden kann.The But energy generation and actuator system can also be two separate Be modules or elements. This has the advantage that the power generation system optimal for the utilization of the vibration and / or kinetic energy can be designed.
Idealerweise ist der Generator auf das jeweilige bewegte Teil der Druckmaschine typische Frequenzspektrum der Vibrationen/Verformungen in seiner Charakteris tik abgestimmt. Der Generator kann dabei aus verschiedenen aufeinander abgestimmten Piezogeneratoren aufgebaut sein, die jeweils einen typischen Frequenzbereich abdecken, wobei sich mindestens zwei Piezoelemente resonant zu unterschiedlichen Frequenzbereichen zeigen. Ziel einer solchen Mehrfrequenzlösung ist die optimale Ausnutzung der Vibrations- und/oder Bewegungsenergie zur Generation von elektrischen Ladungen. Da rotierende oder bewegte Elemente in einer Druckmaschine unterschiedliche Geschwindigkeitsprofile und Vibrationseigenschaften aufweisen, ist eine Mehrgeneratorenlösung in idealer Weise so aufgebaut, dass über große Geschwindigkeitsbereiche eine annährend gleichmäßige Stromversorgung erfolgt.Ideally is the generator on the respective moving part of the printing press typical frequency spectrum of the vibrations / deformations in his Characteristic tuned. The generator can be made of different be matched to each other Piezo generators, each cover a typical frequency range, with at least two piezo elements resonant to different frequency ranges demonstrate. The aim of such a multi-frequency solution is optimal utilization the vibration and / or kinetic energy to the generation of electrical Charges. As rotating or moving elements in a printing press different speed profiles and vibration characteristics a multigenerator solution is ideally designed that over size Speed ranges an approximately uniform power supply he follows.
Die Umschaltung zwischen aktiven und passiven Betrieb oder die Aktivierung des Aktuators (Aktors) erfolgt idealer weise durch ein externes Triggersignal, das kontaktend oder durch die Betätigung eines Schalters oder durch drahtlose Datenübertragung in das Bauelement übertragen wird. Das Bauelement enthält eine kleine Schaltung zur Auswertung und Umschaltung der Stromversorgung und gegebenenfalls – im Falle einer drahtlosen Übertragung des Triggersignals – eine Empfangseinheit, zum Beispiel in der Form einer Antenne.The Switching between active and passive operation or activation The actuator (actuator) is ideally carried out by an external Trigger signal, the contact or by the operation of a switch or through wireless data transmission transferred into the device becomes. The component contains a small circuit for evaluation and switching of the power supply and optionally - im Case of a wireless transmission the trigger signal - one Receiving unit, for example in the form of an antenna.
Die Triggerung durch die Triggerschaltung kann in festen periodischen Abständen, zeitgesteuert oder durch ein externes Triggersignal ausgelöst werden. In diesem Fall hat die Triggerschaltung nur das externe Signal zu dekodieren. Dabei kann über eine Kodierung des Triggersignals unterschiedliche Elemente angesprochen werden. So können zum Beispiel die Greifer einer Greiferleiste individuell angesprochen und getriggert werden, um zum Beispiel Bogenverspannungen durch eine gezielte Öffnung derselben zu vermeiden.The Triggering by the trigger circuit can be fixed in periodic intervals, timed or triggered by an external trigger signal. In this case, the trigger circuit has only the external signal to decode. It can over a coding of the trigger signal addressed different elements become. So can For example, the grippers of a gripper bar individually addressed and be triggered, for example, by arc strains a targeted opening of the same to avoid.
Die erfindungsgemäß gefundene Lösung ermöglicht eine deutliche kompaktere Bauweise von Maschinenelementen an Rotationsdruckmaschinen und führt gleichzeitig zu Qualitätsverbesserungen durch gezielte Steifigkeitssteuerung und die Ansteuerung integrativer adaptronischer Lösungen. Solche integrative adaptronische Lösungen können Greifer an Zylindern oder an Auslegesystemen ei ner Bogendruckmaschine sein, die einzelnen, oder in Gruppen zusammengefasst, einen eigenen Antrieb aufweisen.The found according to the invention solution allows a clearer compact design of machine elements on rotary printing machines and leads at the same time to quality improvements through targeted stiffness control and the control of integrative adaptronic solutions. Such integrative adaptronic solutions can be grippers on cylinders or be at Auslegesystemen egg ner sheet printing machine, the individual, or grouped together, have their own drive.
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