DE102008032717A1

DE102008032717A1 - Leistungsausgleich in Bogen verarbeitenden Maschinen

Info

Publication number: DE102008032717A1
Application number: DE102008032717A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr.-Ing. Riese; Mirko Link; Andreas Kegler
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsausgleich in Bogen verarbeitenden Maschinen mit Arbeitsorganen, denen jeweils ein Einzelantrieb zugeordnet ist, welche Bewegungsgesetzen folgen, die die zur Durchführung der Arbeitsaufgabe erforderliche Lage der Arbeitsorgane realisieren, wobei jeder Einzelantrieb mit einem Spannungszwischenkreis versehen ist und die Spannungskreise zum Energieausgleich miteinander verbunden sind. Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem geringen Aufwand den Energieüberschuss in Spannungszwischenkreisen so zu beeinflussen, dass beim Betrieb der Bogen verarbeitenden Maschine eine Energieumwandlung durch die Ballastwiderstände nicht erforderlich ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Bewegungsgesetze so ausgebildet sind, dass die zu ihrer Realisierung erforderlichen Momentenverläufe (M1 bis M3) der Einzelantriebe (1 bis n) einen resultierenden Momentenverlauf (MR) bilden, der ohne Energieüberschuss einen Energieaustausch zwischen den Spannungszwischenkreisen (1.4 bis n.4) sichert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsausgleich in Bogen verarbeitenden Maschinen mit Arbeitsorganen, denen jeweils ein Einzelantrieb zugeordnet ist, welche Bewegungsgesetze folgen, die die zur Durchführung der Arbeitsaufgabe erforderlichen Lage der Arbeitsorgane realisieren, wobei jeder Einzelantrieb mit einem Spannungszwischenkreis versehen ist und die Spannungskreise zum Energieausgleich miteinander verbunden sind.
In Bogen verarbeitenden Druckmaschinen ist es, um das Einleiten von Drehmomentschwankungen und damit Qualitätsmängel des Verarbeitungsgutes zu vermeiden sowie um die Stellmöglichkeiten zu erhöhen, allgemein üblich, unterschiedlichen Arbeitsorganen Einzelantriebe zuzuordnen.
So ist aus der DE 44 44 755 A1 ein Bogenanleger mit einer Saugkopfeinheit bekannt, die die Bogen einen Bogenstapel vereinzelt entnimmt und einem Bändertisch zuführt, der diese in die Bogen verarbeitende Maschine transportiert. Die Saugkopfeinheit und der Bändertisch arbeiten im Takt der Maschine, wobei die Transportbänder des Bändertischs durch einen Einzelantrieb so angetrieben werden, dass ihre Transportgeschwindigkeit während eines Arbeitstaktes erhöhbar und anschließend zum Taktende hin wieder verringerbar ist.
In der DE 41 02 472 A1 ist ein Bogenanleger mit einer Saugkopfeinheit beschrieben, der ein Einzelantrieb zugeordnet ist. In der Saugkopfeinheit sind z. B. Trennsauger, Transportsauger, ein Tasterfuß sowie Steuerorgane vorgesehen, die von dem Einzelantrieb über eine Eintourenwelle und auf dieser angeordneten Kurvenscheiben angetrieben werden. Durch den der Saugkopfeinheit zugeordneten Einzelantrieb wird ein gleichbleibender Geschwindigkeitsverlauf realisiert.
Die Weiterentwicklung eines derartigen Saugkopfes ist der DE 197 55 521 A1 zu entnehmen. Bei dieser Ausführung ist den Trennsaugern, Transportsauger sowie dem Tasterfuß und den Steuerorganen jeweils ein Einzelantrieb zugeordnet, die entsprechend eines Arbeitsdiagrams innerhalb eines Arbeitstaktes angesteuert werden.
Die DE 31 38 540 A1 zeigt eine Schwinganlage mit einem Einzelantrieb, der eine nicht kontinuierliche Bewegung ausführt, während in der DE 10 2006 018 263 A1 eine Schwinganlage beschrieben ist, der über ein Koppelgetriebe ein kontinuierlich umlaufen der Antrieb zugeordnet ist, der lediglich zur Erhöhung der Rastgüte innerhalb eines Arbeitstaktes mit einer alternierenden Drehzahl antreibbar ist.
In EP 1 059 252 A1 , 1 059 253 A1 wird eine Stapelhebevorrichtung mit einem Einzelantrieb beschrieben, der eine kontinuierliche Hubgeschwindigkeit des Stapelhubtischs und damit des Bogenstapels realisiert. Weiterhin ist es z. B. bekannt, einer Klappenwelle oder einem Farbheber ( DE 197 32 059 A1 ) einen Einzelantrieb zuzuordnen, die eine nichtkontinuierliche Bewegung dieser Arbeitsorgane realisieren. Es ist auch möglich, zum Ausrichten von Bogen nach der Seitenkante ein die Bogen haltendes Greifersystem mittels eines Einzelantriebs in axialer Richtung zu verschieben, wobei der Einzelantrieb eine nichtkontinuierliche Bewegung ausführt ( DE 102 05 633 A1 ).
Antriebe die zur Realisierung der Funktion der zugeordneten Arbeitsorgane eine nichtkontinuierliche Bewegung ausführen, können innerhalb bestimmter Bewegungsphasen generatorisch wirken und so mechanische Energie in elektrische Energie zurückwandeln. Das ist z. B. der Fall beim Verzögern der Arbeitorgane vor einer Bewegungsumkehr, beispielsweise beim Schwinger einer Schwinganlage, bei einer Klappenwelle, einem Farbheber, oder beim Abbremsen der Bänder des Bändertischs. Diese rückgewandelte elektrische Energie wird den Antrieben zugeordneten Spannungszwischenkreisen, die als Energiespeicher dienen, zugeführt, wobei zum Energieausgleich die Spannungszwischenkreise der vorhandenen Einzelantriebe mit einander verbunden sind.
Wird bedingt durch das Arbeitsdiagramm der Maschine, dem Spannungszwischenkreis mehr Energie zugeführt als motorisch verbraucht wird, steigt die Spannung in den Spannungszwischenkreisen an und bei Erreichen einer Spannungsobergrenze wird die Energie über Ballast- oder Bremswiderstände in Wärme umgewandelt. Damit wird Energie nutzlos verbraucht, wobei zusätzlich den Widerständen zugeordnete Lüfter den Aufwand erhöhen und die abgeführte Wärme die Raumklimatisierung belastet.
Es ist auch möglich, die generatorisch von den Einzelantrieben erzeugte Energie in das Netz zurückzuspeisen. Diese rückspeisefähigen Geräte erhöhen den Aufwand beträchtlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem geringen Aufwand den Energieüberschuss in Spannungszwischenkreisen so zu beeinflussen, dass beim Betrieb der Bogen verarbeitenden Maschine eine Energieumwandlung durch die Ballastwiderstände nicht erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Leistungsausgleich nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, lediglich durch die Ausbildung der Bewegungsgesetze, denen die Einzelantriebe folgen, die Momentenverläufe der Einzelantriebe so zu beeinflussen, dass der resultierende Momentenverlauf der miteinander verknüpften Einzelantriebe optimal den Bedürfnissen entspricht.
Durch die Vergleichmäßigung des resultierenden Momentenverlaufs werden Spitzen bei der Leistungsaufnahme aus dem Netz verringert, wodurch die Komponentenauslegung minimiert werden kann und darüber hinaus dem Netz weniger Leistung entnommen sowie die Energiekosten gesenkt werden.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 die schematische Darstellung von Arbeitsorganen mit Einzelantrieben,
2 Momentenverläufe der Einzelantriebe ohne einen Leistungsausgleich,
3 die Momentenverläufe nach 2 mit einem Leistungsausgleich,
4 die Stapellage-Soll-Kurve einer Stapelhebevorrichtung mit dem Momentenverlauf bei einem schweren Bogenstapel,
5 die Stapellage-Soll-Kurve nach 4 mit dem Momentenverlauf bei einem leichten Bogenstapel.
In 1 ist eine beliebige Anzahl von Arbeitsorganen 1.3, 2.3, 3.3, n.3 dargestellt. Der Antrieb der Arbeitsorgane 1.3, 2.3, 3.3, n.3 erfolgt durch zugeordnete Einzelantriebe 1, 2, 3, n, welche aus einem Regler 1.1, 2.1, 3.1, n.1 und einem Motor 1.2, 2.2, 3.2, n.2 bestehen. Der erste Motor 1.2 ist mit dem ersten Arbeitsorgan 1.3, der zweite Motor 2.2 mit dem zweiten Arbeitsorgan 2.3, der dritte Motor 3.2 mit dem dritten Arbeitsorgan 3.3 und der n-te Motor n.2 mit dem n-ten Arbeitsorgan n.3 verbunden. Die Motoren 1.2, 2.2, 3.2, n.2 können direkt oder unter Zwischenschaltung von Übertragungselementen mit den Arbeitsorganen 1.3, 2.3, 3.3, n.3 verbunden sein. Die den Motoren 1.2, 2.2, 3.2, n.2 zugeordneten Regler 1.1, 2.1, 3.1, n.1 steuern diese vorgegebenen Bewegungsgesetzen folgend so an, dass die Arbeitsorgane 1.3 bis n.3 im Arbeitstakt der Maschine vorgegebene Lagen zur Realisierung der Arbeitsaufgabe durchlaufen, wobei die Einzelantriebe 1 bis n einen Momentenverlauf M₁ bis M₃ folgen.
Jedem Regler 1.1, 2.1, 3.1, n.1 ist ein als Speicher dienender Spannungszwischenkreis 1.4, 2.4, 3.4, n.4 zugeordnet, die untereinander zum Energieausgleich verbunden sind. Weiterhin sind Ballastwiderstände 5 vorgesehen, die den Spannungszwischenkreisen 1.4 bis n.4 dann Energie entziehen, indem diese in Wärme umgewandelt wird, wenn durch die Betriebszustände der Einzelantriebe 1 bis n innerhalb eines Bereichs eines Drehwinkels φ der Maschine mehr Energie in die Spannungszwischenkreise 1.4 bis n.4 eingespeist als verbraucht wird und die Spannung ihrer obere Grenze erreicht hat. In 2 sind der Momentenverlauf M₁ des ersten Einzelantriebs 1 und der Momentenverlauf M₂ des zweiten Einzelantriebs 2 über den Drehwinkel φ = 360° dargestellt. Aus den Momentenverläufen M₁, M₂ ist ersichtlich, dass im Bereich um den Drehwinkel φ = 180° die Einzelantriebe 1, 2 aufgrund der zu realisierenden nichtkontinuierlichen Bewegungsgesetze generatorisch arbeiten und Energie in die Spannungszwischenkreise 1.4, 2.4, 3.4, n.4 eingespeist wird. Durch den Einzelantrieb 3 wird ein gleichbleibender Momentenverlauf M₃ realisiert, sodass sich für die 3 Einzelantriebe 1, 2, 3 ein resultierender Momentenverlauf M_R ergibt, nach dem die Zurückspeisung der Energie, bedingt durch den gleichbleibenden Momentenverlauf M₃ über einen Arbeitstakt von φ = 360°, im Bereich φ = 180° erfolgt.
Die Einzelantriebe 1 bis n z. B. einer Bogendruckmaschine oder einzelner Aggregate einer Bogendruckmaschine können zum Energieausgleich zusammengefasst werden. In 3 sind die Einzelantriebe 1, 2, 3 eines an sich bekannten Bogenanlegers einer Bogendruckmaschine miteinander verknüpft. Dazu ist dem als Transportband des Bändertischs ausgebildeten Arbeitsorgan 1.3 der Einzelantrieb 1 zugeordnet und so der Momentenverlauf M₁ als das zum Antreiben des Transportbandes über den Drehwinkel φ = 360° erforderliche Antriebsmoment dargestellt. Entsprechend kann das zweite Arbeitsorgan 2.3 als Klappenwelle ausgebildet sein, deren Antrieb durch den zweiten Einzelantrieb 2 erfolgt und damit der Momentenverlauf M₂ den Momentenbedarf des Einzelantriebs 2 für einen Arbeitstakt über einen Drehwinkel φ = 360° charakterisiert. Als drittes Arbeitsorgan 3.3 ist eine Stapelhebevorrichtung, wie sie z. B. in EP 1059252 A1 und EP 1059253 A1 beschrieben ist, vorgesehen. Diese Stapelhebevorrichtung ist dadurch charakterisiert, dass der die Stapelplatte mit dem Bogenstapel anhebende Einzelantrieb 3 kontinuierlich arbeitet. Das erforderliche Antriebsmoment ist im Momentenverlauf M₃ nach 2 dargestellt, wobei innerhalb eines Arbeitstaktes φ = 360° ein Hub Δh realisiert wird. Dieser Hub Δh ist erforderlich, damit die Oberseite des zur Verarbeitung gelangenden Bogenstapels ständig auf einem vorbestimmten Höhenniveau gehalten wird. Der Hub Δh kann aber auch dadurch realisiert werden, dass durch den Einzelantrieb 3 ein Bewegungsgesetz und damit ein Momentenverlauf M₃ realisiert wird, durch den die Momentenschwankungen der Momentenverläufe M₁, M₂ im Bereich um φ = 180° ausgeglichen werden. Das heißt, der durch den generatorischen Betrieb der Einzelantriebe 1, 2 im Bereich um φ = 180° eingespeiste Energieüberschuss wird über das dem Einzelantrieb 3 aufgeprägte Bewegungsgesetz kompensiert. Anstelle eine kontinuierlichen Bewegung realisierend wird das Arbeitsorgan 3.3 (Stapelplatte) innerhalb eines Arbeitstaktes φ = 360° in Abhängigkeit des Drehwinkels φ in den Phasen, in denen die Einzelantriebe 1, 2 generatorisch arbeiten, schneller angehoben, während in den Phasen in denen die Einzelantriebe 1, 2, motorisch arbeiten, langsamer angehoben, wobei sogar kurzzeitig eine Bewegungsumkehr möglich ist. Dadurch ändert sich der Momentenverlauf M₃ nach 2 in den Momentenverlauf M₃₁ gemäß 3. Der sich aus den Momentenverläufen M₁, M₂, M₃₁ ergebende resultierende Momentenverlauf M_R (3) zeigt, dass ein Energieüberschuss in den Spannungszwischenkreisen 1.4, 2.4, 3.4 so vermieden wird.
Wird zum Leistungsausgleich eine kontinuierlich arbeitender Stapelhubantrieb verwendet, ist es vorteilhaft, das unterschiedliche Gewicht des Stapels auszugleichen. Dazu wird Lage-Soll-Kurve für den Hub Δh des Bogenstapels zusätzlich mit einem Skalierungsfaktor gestaucht bzw. gestreckt und der Skalierungsfaktor während des Betriebs in Abhängigkeit vom Gewicht des Bogenstapels nachgeführt. Durch Veränderung des Skalierungsfaktors für den Hub Δh ist es möglich, bei unterschiedlichen Stapelgewichten, in 4 ist ein schwerer Bogenstapel und 5 ein leichter Bogenstapel auf der Stapelplatte positioniert, in einem vorgebbaren Drehwinkelabschnitt z. B. zwischen φ₁ und φ₂ einen übereinstimmenden Momentenverlauf M₃₂ und einen Momentenverlauf M₃₃ des Einzelantriebs 3 zu realisieren und damit die in diesem Bereich generatorisch arbeitenden Verbraucher zu kompensieren.
Im Ausführungsbeispiel wurden die Einzelantriebe 1, 2, 3, die die Arbeitsorgane 1.3, 2.3, 3.3 und damit die Transportbänder des Bändertischs, die Klappenwelle und die Stapelhebevorrichtung eines Bogenanlegers einer Bogen verarbeitenden Maschine antreiben, in einem System zusammengeschlossen und das Bewegungsgesetz des die Stapelhebevorrichtung antreibenden Einzelantriebs 3 so modifiziert, dass die vorgegebene Arbeitsaufgabe realisiert sowie der Momentenverlauf M₃₁ derartig spezifiziert wird, dass ein Leistungsausgleich innerhalb des Systems erfolgt.
Es ist weiterhin möglich, eine beliebige Anzahl Einzelantriebe n in einem System zusammenzufassen, wobei jeder Einzelantrieb einer Bogen verarbeitenden Maschine zum Leistungsausgleich modifiziert werden kann. So können neben den bereits genannten Einzel antrieben 1, 2, 3 für die Arbeitsorgane 1.3, 2.3, 3.3 auch z. B. die Antriebe für den Hilfsstapelaufzug, Auslagestapelaufzug, für Lüfter, Saugluft- oder Blaslufterzeuger usw. in einem System zusammengefasst werde. Dabei kann von jedem der Einzelantriebe 1 bis n das Bewegungsgesetz, unter Beachtung, dass die zur Durchführung der Arbeitsaufgabe erforderlichen Lagen der Arbeitsorgane 1 bis n durchlaufen werden müssen, verändert und zum Leistungsausgleich genutzt werden. So kann nicht nur vermieden werden, dass ein Energieüberschuss in den Spannungszwischenkreisen 1.4 bis n.4 entsteht, es ist allgemein möglich, den resultierenden Momentenverlauf M_R eines Systems zu optimieren.
So kann z. B. auch der nach DE 4102472 A1 einen Saugkopf zugeordnete Antrieb zum Leistungsausgleich verwendet werden, indem das Bewegungsgesetz, dem der Antrieb folgt, so verändert wird, dass der sich daraus ergebende Momentenverlauf zu Kompensation genutzt werden kann. Die zwischen dem Antrieb und den Arbeitsorganen angeordneten Übertragungsorganen werden unter Zugrundelegung des geänderten Bewegungsgesetzes des Antriebs so ausgebildet, dass die zur Durchführung der Arbeitsaufgabe erforderlichen Lagen von den im Saugkopf vorgesehenen Arbeitsorganen realisiert werden.

1: Erster Einzelantrieb
1.1: Erster Regler
1.2: Erster Motor
1.3: Erstes Arbeitsorgan
1.4: Erster Spannungszwischenkreis
2: Zweiter Einzelantrieb
2.1: Zweiter Regler
2.2: Zweiter Motor
2.3: Zweites Arbeitsorgan
2.4: Zweiter Spannungszwischenkreis
3: Dritter Einzelantrieb
3.1: Dritter Regler
3.2: Dritter Motor
3.3: Dritter Arbeitsorgan
3.4: Dritter Spannungszwischenkreis
n: n-ter Einzelantrieb
n.1: n-ter Regler
n.2: n-ter Motor
n.3: n-tes Arbeitsorgan
n.4: n-ter Spannungszwischenkreis
5: Ballastwiderstand
M₁: Momentenverlauf des ersten Einzelantriebs
M₂: Momentenverlauf des zweiten Einzelantriebs
M₃: Momentenverlauf des dritten Einzelantriebs
M₃₁: angepasster Momentenverlauf M₃
M₃₂: angepasster Momentenverlauf M₃
M₃₃: angepasster Momentenverlauf M₃
M_R: resultierender Momentenverlauf
φ: Drehwinkel
φ₁: Drehwinkelabschnitt
φ₂: Drehwinkelabschnitt
Δh: Hub

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4444755 A1 [0003]
- DE 4102472 A1 [0004, 0027]
- DE 19755521 A1 [0005]
- DE 3138540 A1 [0006]
- DE 102006018263 A1 [0006]
- EP 1059252 A1 [0007, 0023]
- EP 1059253 A1 [0007, 0023]
- DE 19732059 A1 [0007]
- DE 10205633 A1 [0007]

Claims

Leistungsausgleich in Bogen verarbeitenden Maschinen mit Arbeitsorganen (1.3 bis n.3), denen jeweils ein Einzelantrieb (1 bis n) zugeordnet ist, welche Bewegungsgesetzen folgen, die die zur Durchführung der Arbeitsaufgaben erforderlichen Lagen der Arbeitsorgane (1.3 bis n.3) realisieren, wobei jeder Einzelantrieb (1 bis n) mit einem Spannungszwischenkreis (1.4 bis n.4) versehen ist und die Spannungszwischenkreise (1.4 bis n.4) zum Energieaustausch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsgesetze so ausgebildet sind, dass die zu ihrer Realisierung erforderlichen Momentenverläufe (M₁ bis M₃) der Einzelantriebe (1 bis n) einen resultierenden Momentenverlauf (M_R) bilden, der ohne Energieüberschuss einen Energieaustausch zwischen den Spannungszwischenkreisen (1.4 bis n.4) sichert.
Leistungsausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsgesetze von einen Bogenstapel kontinuierlich anhebenden oder absenkenden Einzelantrieben (1 bis n) eine einen Leistungsausgleich ermöglichende Ausbildung aufweisen.
Leistungsausgleich nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einzelantrieb (3) ein Arbeitsorgan (3.3) zugeordnet ist, das als innerhalb eines Arbeitstaktes einen Hub (Δh) eines Bogenstapels ausführende Stapelhubvorrichtung ausgebildet ist, wobei der Einzelantrieb (3) einem Bewegungsgesetz folgt, welches einen Momentenverlauf M₃₁ realisiert, der Momentenschwankungen weiterer Einzelantriebe (1, 2, n) ausgleicht.
Leistungsausgleich nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsgesetz des Einzelantriebs (3) in Abhängigkeit vom Gewicht des Bogenstapels veränderbar ist.
Leistungsausgleich nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine über einen Arbeitstakt verlaufende Lage-Soll-Kurve des Hubs (Δh) mittels eines Skalierungsfaktors stauch- oder streckbar ist.