DE102008040174A1

DE102008040174A1 - Verfahren zum Betrieb einer Maschine mit zumindest einem rotierenden Bauteil

Info

Publication number: DE102008040174A1
Application number: DE200810040174
Authority: DE
Inventors: Oliver Hahn
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-07-05
Also published as: DE102008040174B4; DE102008040174C5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Maschine mit zumindest einem rotierenden Bauteil, insbesondere zur Schwingungsstreifenreduktion beim Betrieb einer Druckmaschine, wobei eine Solldrehzahl des rotierenden Bauteils angestrebt wird und wobei während der Erhöhung der Drehzahl des rotierenden Bauteils zumindest in der Phase bis zum Erreichen der angestrebten Solldrehzahl das an dem rotierenden Bauteil oder das an einem mit diesem in Verbindung stehenden Bauteil anliegende Moment oder der Schleppfehler des rotierenden Bauteils oder eines mit diesem in Verbindung stehenden Bauteils in Bezug auf die Größe der Schwingungsamplitude des Moments bzw. des Schleppfehlers als Funktion der Drehzahl des rotierenden Bauteils analysiert wird. Bei Erreichen der Solldrehzahl oder bei Erreichen einer über der Solldrehzahl liegenden Drehzahl des rotierenden Bauteils erfolgt eine Verminderung der Drehzahl des rotierenden Bauteils auf einen Wert, bei dem die Schwingungsamplitude des Moments bzw. des Schleppfehlers geringer ist als bei der Solldrehzahl, wenn die Schwingungsamplitude des Moments bzw. des Schleppfehlers bei der Solldrehzahl oder bei der über der Solldrehzahl liegenden Drehzahl kein Minimum aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Maschine mit zumindest einem rotierenden Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In Maschinen mit rotierenden Bauteilen kommt es zum Teil durch äußere Anregungen, durch die Wechselwirkung der rotierenden Bauteile miteinander (Kanalschlag) und/oder einem zu bearbeitenden Werkstoff (Schlaganregungen), aber auch durch die Rotation der Bauteile (Unwuchten) selbst zu Anregungen von Schwingungen. Für den einzelnen Rotationskörper existieren in Abhängigkeit seiner Abmessung und seines Aufbaus Resonanzfrequenzen, welche durch passende Anregungen – beispielsweise durch eine bestimmte Drehzahl der Maschine – angeregt werden und sich zu starken Schwingungen aufschaukeln. Während diese kritischen Anregungen für den einzelnen Rotationskörper noch theoretisch ableitbar, simulierbar oder im Labor messbar sind, ist dies für ein Gesamtsystem mehrerer zusammenwirkender Teile unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen kaum noch möglich. Aus Gründen der Behebung dieser Resonanzen durch Verschieben, zur Vermeidung des Betriebes bei dieser Produktionsdrehzahl und/oder zur Auswertung und Katalogisierung im Sinne einer Fehlererkennung ist die Kenntnis hierüber für den Konstrukteur und das Bedienpersonal jedoch von erheblicher Bedeutung.
Insbesondere bei Druckmaschinen ist das vorgenannte technische Phänomen von Relevanz. In der „Druck-An”-Stellung erzeugt die Pressung eines Gummituchs in der Nippstelle eine Linienkraft auf den Ballen der Zylinder. Besitzt dabei einer der Zylinder einen Kanal zum Fixieren von Zylinderbezügen, wie z. B. Drucktüchern, so tritt bei dessen Nippdurchgang eine Linienkraftverringerung zwischen den Zylindern auf („Kanalschlag”), durch welche Biegeschwingungen angeregt werden können. Hierdurch entstehen in den Zylindernippstellen Pressungsschwankungen, die zur Farbübertragungsstörungen führen können. Derartige Farbübertragungsstörungen können sich als sichtbare Streifen („Schwingungsstreifen”) im Druckprodukt niederschlagen.
Die durch den Kanalschlag angeregten Schwingungen sind gedämpft, insbesondere durch ein Drucktuch, d. h. die Schwingungsamplitude nimmt mit der Zeit ab. Bei den für eine wirtschaftliche Produktion erwünschten hohen Betriebsdrehzahlen kommt es jedoch häufig bereits zu einem erneuten Kanalschlag, bevor die Schwingung abklingen konnte. Hierdurch kann es zu einer ungünstigen Überlagerung der Schwingungen kommen, die insgesamt zu einer größeren Schwingungsamplitude führen, als die durch den einzelnen Kanalschlag angeregte Schwingung es ermöglicht hätte. Es kommt somit unter Umständen zu einer Amplitudenverstärkung durch konstruktive Interferenz.
Im Offset-Druck – insbesondere beim Einsatz endlicher Gummitücher, jedoch nicht mit Sleeve/Gummituchhülse – kommt es pro Umdrehung in einem Druckwerk zu zwei Kanalschlägen (Ausnahme: Inline-Anordnung der Zylinder). Bei schwingungskritischen Zylinderformaten werden zur Reduktion des individuellen Kanalschlags zwei (oder mehr) geteilte, im Umfang gegeneinander versetzte Kanäle eingesetzt. Damit verdoppelt sich aber die Anzahl der Kanalschläge pro Umdrehung. Eine einzelne Schwingung hat hierdurch weniger Zeit zum Abklingen, bevor es zum nächsten Kanalschlag kommt. Eine mögliche Amplitudenverstärkung durch konstruktive Interferenz der Restschwingung mit der neuen Schwingungsanregung wird hierdurch stärker ausgeprägt. Es besteht daher die Möglichkeit, dass es gerade im produktionstechnisch interessanten, weil hohen Drehzahlbereich, zu nicht unerheblichen Schwingungsstreifen z. B. auf Druckerzeugnissen kommen kann, was selbstverständlich unerwünscht ist.
Bisherige Lösungsansätze sahen vor, schmale Geometrien (Minigag, Sleeve) zu verwenden, um die Anregung der Schwingung herabzusetzen. Jedoch ist eine derartige Ausgestaltung nicht bei allen Maschinengrößen möglich. Ferner wurde versucht, mittels geteilter, im Umfang versetzter Kanäle die Stärke des Kanalschlags zu reduzieren. Dies führt jedoch bei hohen Drehzahlen unter Umständen nicht mehr zu einer ausreichenden Reduktion der Schwingungsamplituden bedingt durch den Kanalschlag.
Durch die DE 10 2005 012 915 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Maschine mit zumindest einem rotierenden Bauteil bekannt, bei der die angestrebte Solldrehzahl zunächst als eine im Hinblick auf Schwingungsresonanzen kritische Solldrehzahl erkannt wird und bei der die Maschine anstelle der angestrebten Solldrehzahl bei einer um einen Drehzahlbetrag stationär beabstandeten Drehzahl oder bei einer um diese kritische Solldrehzahl oszillierenden Drehzahl betrieben wird.
Die DE 10 2005 012 916 B3 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Resonanzfrequenz eines Zylinders einer Rotationsdruckmaschine, bei der die Resonanzfrequenz durch den Einsatz eines optischen Sensor ermittelt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Maschine mit zumindest einem rotierenden Bauteil zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein einfaches Verfahren zur Verminderung von schwingungsbedingten Qualitätsverlusten geschaffen wird, welches ohne spezielle Vorrichtungen zur gezielten Aufbringung von Gegenkräften auskommt. Einer Maschinensteuerung oder dem Bedienpersonal wird ein vereinfachtes Verfahren an die Hand gegeben, mittels welchem für eine gewünschte Produktionsgeschwindigkeit die Auswirkungen einer ggf. für diese Drehzahl vorliegenden Resonanzfrequenz bzgl. Schwingungsanregung vermindert werden.
Im Gegensatz zu baulich und steuerungstechnisch aufwändigen Gegenmaßnahmen kann hierbei die Schwingungsanregung in einfacher Weise bereits bei ihrer Entstehung vermieden werden. Grundsätzlich kann das Verfahren auch zusätzlich zu einer Gegenkräfte aufbringenden Maßnahme eingesetzt werden, wobei jedoch Größe und Aufwand benötigter Aktuatoren erheblich kleiner ausfallen können.
Das Verfahren weist ferner den Vorteil auf, dass es unabhängig von den verwendeten Betriebsmitteln bzw. Maschineneinstellungen, insbesondere der konkreten Ausführung z. B. der Drucktücher und Anpressdrücke der Zylinder durchgeführt werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darüber hinaus darin, dass die im Antriebsregler ohnehin vorliegenden Betriebskennwerte wie z. B. Schleppfehler und Drehmoment verwendet werden können. Diese Kennwerte stehen bei derzeit üblicherweise eingesetzten modernen Antriebssystemen zur Antriebsdiagnostik nach außen hin zur Verfügung, weshalb das Verfahren ohne zusätzliche Messaufnehmer und/oder Messdatenerfassungselektronik auskommen kann und daher kostengünstig ist.
Des Weiteren ist von Vorteil, dass die Möglichkeit besteht, bereits bestehende Maschinen dahingehend nachzurüsten, dass das Verfahren anwendbar ist. Bereits bestehende Komponenten können ohne größeren Aufwand modifiziert werden, wie beispielsweise die Antriebssteuerung und deren Verbindung mit dem Leitstand der Maschine.
Ferner ist zu erwähnen, dass sich durch Anwendung des Verfahrens eine Schwingungsstreifenreduktion auch bei hohen Drehzahlen und/oder auch für Zylinder mit breiten Kanälen erreicht werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines schwingenden Rotationskörpers;
2 ein idealisiert dargestelltes, schwingungsbedingtes Streifenmuster einer bedruckten Materialbahn;
3 ein schematisches Diagramm zur Steuerung der Maschinendrehzahl in der Nähe einer kritischen Solldrehzahl.
1 zeigt ein rotierendes Bauteil 01 bzw. einen Rotationskörper 01, z. B. einen Zylinder 01 oder eine Walze 01 einer Maschine, z. B. einer Be- bzw. Verarbeitungsmaschine für Material 02 wie Bahnen 02 oder Bogen 02, insbesondere einer Rotationsdruckmaschine. Der Rotationskörper 01 ist zu beiden Stirnseiten mittels Zapfen 03 (oder eine Achse 03 oder Welle 03 des Zylinders 01) über entsprechende Lager 04, z. B. Radiallager 04, rotierbar in Gestellen 06 gelagert. Der Rotationskörper 01 ist i. d. R. Bestandteil eines Systems zusammen wirkender Bauteile – wie z. B. weiterer zusammen wirkender Zylinder oder Walzen und/oder der zu bearbeitenden dargestellten Bahn 02. In 1 ist daher schematisch ein zweites rotierendes Bauteil 07 bzw. ein zweiter Rotationskörper 07, z. B. ein weiterer Zylinder 07 oder eine weitere Walze 07, angedeutet, welcher in der gleichen Weise rotierbar gelagert ist. Ein Widerlager, z. B. ein weiterer Zylinder, auf der dem Rotationskörper 01 abgewandten Seite der Bahn 02 ist nicht dargestellt. Die Bahn 02 kann ggf. auch zwischen den Rotationskörpern 01 und 07 hindurchgeführt sein.
Im Ausführungsbeispiel ist der Rotationskörper 01 als mit der Bahn 02 zusammen wirkender Zylinder 01 dargestellt, welcher in einer Offsetdruckmaschine als ein einen elastischen Aufzug (z. B. ein endliches Gummituch oder eine Gummituchhülse/Sleeve) auf seiner Mantelfläche tragender Übertragungszylinder 01 ausgeführt ist. Der zweite Rotationskörper 07 stellt hierbei einen eine Druckform tragenden Formzylinder 07 dar. In einer Maschine für den Direktdruck stellt der Zylinder 01 beispielsweise einen die Druckform (Hochdruckdruckform, Tiefdruckdruckform, Flexodruckform) tragenden Formzylinder 01 dar und der Rotationskörper 07 beispielsweise eine Farbwalze 07.
Nach Maschinenstart wird der Rotationskörper 01 bzw. sämtliche zusammen wirkenden Rotationskörper 01; 07 des Systems auf eine gewisse Ziel- bzw. Solldrehzahl n_soll gebracht, welche mit der Produktionsgeschwindigkeit korreliert. Liegt ein Vielfaches dieser Solldrehzahl n_soll nun im Bereich einer Resonanzfrequenz v_R eines einzelnen Rotationskörper 01; 07 und/oder insbesondere des Systems, so kann es zu selbsterregten bzw. selbstverstärkten Schwingungen kommen. Mögliche Biegeschwingungslinien sind in 1 gestrichelt dargestellt. Dabei kommt es auf den zeitlichen Abstand der Kanaldurchgänge durch die Nippstelle z. B. zweier Rotationskörper 01; 07 an, weshalb hierbei auch die Zylinderanordnung und der Versetzungswinkel z. B. der Kanäle des Zylinder 01 eine Rolle spielt. Diese Schwingungen schlagen sich als Streifen auf dem Aufzug des Übertragungszylinders 01, auf der Druckform und/oder auf der bearbeiteten Bahn 02 bzw. dem Bogen 02 nieder. Sie zeichnen sich durch einen über den Umfang des Rotationskörpers 01 (bzw. über dessen Umfang entsprechende Abschnittlänge der Bahn 02) konstanten Abstand aus.
Als eine kritische Drehzahl n_soll,k wird hier und im Folgenden eine Drehzahl bezeichnet, bei der Amplitudenverstärkungen bzw. Schwingungsresonanzen auftreten können und die beispielsweise bei Druckmaschinen zum Auftreten von unerwünschten Schwingungsstreifen führen können.
Damit durch konstruktive Interferenz eine Schwingungsverstärkung, die in der Folge zu sichtbaren Schwingungsstreifen führen kann, entsteht, muss der zweite Kanalschlag mit der richtigen Phasenlage, das heißt mit einem Vielfachen von 360°, also 2·π·n, zum ersten Kanalschlag auftreten. Umgekehrt kann jedoch eine Schwingungsreduktion erreicht werden, wenn der zweite Kanalschlag um 180° also 2·π·(n + 1/2) verschoben ist. Dabei ist in Bezug auf die Beurteilung der Phasenlage die Richtung der Kraftwirkung zu berücksichtigen, da bei entgegengesetzter Kraftrichtung ein zusätzlicher Phasenversatz um 180° entsteht.
In analoger Weise lassen sich die interferenzbedingten Amplitudenverstärkungen bzw. Amplitudenreduktionen auch für andere Zylinderanordnungen oder Kanalanordnungen analysieren. Für das Verfahren entscheidend ist, dass es innerhalb vergleichsweise enger Drehzahlbereiche zu einem Übergang von Amplitudenverstärkungen zu Amplitudenreduktionen kommt. Es gibt somit kritische Drehzahlen n_soll,k sowie davon beabstandet unkritische Drehzahlen. Die Lage dieser Drehzahlen hängt dabei von der Zylinderschwingfrequenz ab, welche sich aus der Systemsteifigkeit bzw. der Steifigkeit der zusammenwirkenden Rotationskörper 01; 07 des Systems ergibt. So wird die Systemsteifigkeit letztlich von der Kopplung der Rotationskörper 01; 07 untereinander beeinflusst. Einen Einfluss haben dabei auch die eingesetzten Drucktücher bzw. die Steifigkeit der Drucktücher sowie die z. B. über Drucktuchunterzüge eingestellten Pressungen. Da die Steifigkeit verschiedener Drucktücher unterschiedlich ist, sind die kritischen Drehzahlen n_soll,k und unkritischen Drehzahlen für eine gegebene Maschine nicht konstant, sondern hängen von den jeweiligen Maschineneinstellungen und den verwendeten Drucktüchern ab.
Das Verfahren erlaubt nun einen Betrieb der Druckmaschine in einem unkritischen Drehzahlbereich, so das Auftreten von Schwingungsstreifen verhindert oder zumindest die Wahrscheinlichkeit für deren Auftreten verringert werden kann.
Üblicherweise wird der Antrieb von Rotationskörpern 01; 07 eines Druckwerks durch Verzahnung realisiert. Dabei sind entweder Gummizylinder und Plattenzylinder miteinander im Zahneingriff und werden über einen gemeinsamen Antrieb angetrieben. Es ist jedoch genauso gut möglich, mehrere Zylinder einer Druckeinheit bzw. sogar die gesamte Druckeinheit mittels eines gemeinsamen Antriebs anzutreiben. Aufgrund der Biegelinie der Schwingungen entsteht eine Bewegung des am Zylinderzapfen sitzenden Zahnrads. Hierdurch werden auf die mit dem Zahnrad in Eingriff stehenden Zahnräder Momente übertragen, die zu einer Verdrehung bzw. Winkelabweichung der Zahnräder gegenüber der Solllage führen. Beispielsweise lagegeregelte Antriebe können diese Lageabweichung, auch Schleppfehler genannt, registrieren und wirken dieser Lageabweichung mit einer Antriebsmomentänderung entgegen. Dadurch werden die Schwingungen der Rotationskörper 01; 07 als Momentenschwankungen bzw. Schleppfehlerschwankungen des Antriebs mit der Zylinderschwingfrequenz sichtbar. Hierbei gilt, dass je größer die Amplituden der Zylinderschwingungen sind, desto größer sind auch die Momenten- bzw. Schleppfehlerschwankungen.
Nach dem Einrichten der nicht näher dargestellten Druckmaschine kann der Bediener der Maschine, beispielsweise ein Drucker, die Zielgeschwindigkeit und damit eine Solldrehzahl n_soll für die Produktion vorgeben. Während der Hochfahrphase der Druckmaschine, d. h. während des Anstieges der Drehzahl des Rotationskörpers 01; 07 wird dabei das vom Antrieb bzw. den Antrieben aufgebrachte Moment über einen Bandpassfilter 09 aufgenommen und mittels der Analyseeinheit 10 in Bezug auf die Größe der Schwingungsamplituden analysiert. Die Analyseeinheit 10 kann dabei mit dem Leitstand 10 bzw. der Maschinensteuerung 10 der Druckmaschine in Verbindung stehen. In vorteilhafter Ausgestaltung ist dabei auch denkbar, dass die Analyseeinheit 10 Teil der Maschinensteuerung 10 der Druckmaschine ist. Durch eine derartige Vorgehensweise kann die Größe der Schwingungsamplituden als Funktion der Drehzahl des Rotationskörpers 01; 07 bestimmt werden. Die Mittelfrequenz und die Bandbreite des Bandpassfilters 09 werden dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Zylinderschwingfrequenz auf jeden Fall hindurch gelassen wird, und dies unabhängig von den gewählten Betriebsparametern. Ist die vorgegebene Produktionsgeschwindigkeit bzw. die Solldrehzahl n_soll erreicht, so wird die Geschwindigkeit wieder auf die Drehzahl n_soll,v zurückgefahren, bei der das vorausgegangene Amplitudenminimum aufgetreten ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Produktion immer mit der maximal möglichen Drehzahl n_soll,v nächstliegend der Zielgeschwindigkeit bzw. Solldrehzahl n_soll erfolgt, bei der noch hochqualitativ gedruckt werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann dabei vorgesehen sein, dass die Drehzahlerhöhung bei Erreichen der angestrebten Solldrehzahl n_soll noch nicht beendet wird, wenn der Amplitudengradient, das heißt die Ableitung der gemessenen Amplitude nach der Drehzahl des Rotationskörpers 01; 07 kleiner Null ist. Die Drehzahlerhöhung wird in diesem Fall erst dann beendet, wenn entweder ein Schwingungsamplitudenminimum, das heißt ein Amplitudengradient mit Wert Null gefunden oder die Maximalgeschwindigkeit der Maschine erreicht wurde. Für den Fall, dass die Maximalgeschwindigkeit der Maschine erreicht wurde, kann entweder manuell oder automatisch auf die nächst niedrigere Drehzahl n_soll,v zurückgefahren werden, bei der ein Amplitudenminimum festgestellt wurde.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass mehrere Bandpassfilter 09 vorgesehen sind, wobei die Bandpassfilter 09 unterschiedliche Frequenzbereiche aufweisen, um unterschiedliche Anregungsfrequenzen von rotierenden Bauteilen 01; 07 erfassen zu können. Dadurch wird es möglich, die gegebenenfalls unterschiedlichen Frequenzen der Anregung durch den z. B. Gummizylinder-Gummizylinder-(bzw. Gummizylinder-Gegendruckzylinder-)Kanalschlag und den Gummizylinder-Plattenzylinder-Kanalschlag getrennt zu erfassen.
2 zeigt einen Ausschnitt eines Streifenmusters in der Abwicklung der Mantelfläche des betreffenden Rotationskörpers 01; 07 oder einem Bearbeitungsmuster der bedruckten Bahn 02. Hierbei wechseln sich periodisch stärker und weniger verfärbte Stellen oder stärker und weniger beanspruchte Stellen ab, welche unter Umständen mit bloßem Auge erkennbar sind. Dies müssen nicht unbedingt Farbunterschiede sein, sondern können allgemein optisch erkennbare Resultate unterschiedlicher Beanspruchung (glatte und weniger glatte Stellen, erhabene bzw. eingedrückte Stellen, etc.) in periodischer Anordnung in Umfangsrichtung sein. Bei einem Übertragungszylinder bzw. Formzylinder 01 mit einem Umfang, welcher zwei Zeitungsseiten, z. B. im Broadsheetformat, entspricht, kann beispielsweise eine Anzahl k von 16 bis 25 derartiger Perioden feststellbar sein. Diese Anzahl k entspricht nun dem ganzzahligen Verhältnis der Eigenfrequenz des Rotationskörpers 01, insbesondere des Schwingungssystems der beteiligten Zylinder 01; 07 (und ggf. Gegendruckzylinder sowie Farb-/Feuchtwalzen, d. h. des Druckwerks) zur ursächlichen Drehfrequenz, d. h. zur für das Streifenmuster verantwortlichen kritischen Solldrehzahl n_soll,k. Das Vorliegen einer Resonanzschwingung, und damit das Vorliegen einer kritischen Solldrehzahl n_soll,k wird, wie vorstehend beschrieben durch am Rotationskörper 01; 07 anliegende Schwingungen erzeugte Momentenschwankungen oder Schleppfehlerschwankungen detektiert. Grundsätzlich ist es möglich, dass zusätzlich, etwa aus Redundanzgründen entweder durch einen Sensor 08, wie er in 1 beispielhaft im Rotationskörper 01 angedeutet ist, manuell durch das Bedienpersonal am sich bildenden Streifenmuster, oder durch einen das Druckbild kontrollierenden, nicht dargestellten Sensor Resonanzschwingungen erkannt werden. In einer Variante können auch ein oder mehrere beispielsweise optisch wirksame Sensoren 08 in der Weise außerhalb des zu beobachtenden Rotationskörpers 01; 07 angeordnet sein, dass ein Abstand zu dessen Mantelfläche oder direkt ein Schwingungsbild der Körpersilhouette (z. B. über CCD-Kamera) detektiert und ausgewertet wird.
Bei dem Sensor 08 (bzw. mehreren Sensoren 08) kann es sich um einen im oder am Rotationskörper 01; 07 zusätzlich angeordneten druck- bzw. zugsensitiver Sensor 08 (z. B. auf der Basis eines Piezoelementes) handeln, welcher die mit der Schwingung einhergehende Verformung bzw. Längenänderung registriert und als Spannungssignal ausgibt. Der Sensor 08 kann aber auch in anderer Weise wegsensitiv ausgeführt sein. Der Sensor 08 kann jedoch auch an einem (oder beiden) Zapfen 03 angeordnet sein. Auch kann ein drucksensitiver Sensor 08 auch im Bereich des Lagers 04 angeordnet sein und die mit der Schwingung einhergehenden Wechseldrücke registrieren. In einer weiteren Variante können auch ein oder mehrere beispielsweise optisch wirksame Sensoren 08 in der Weise außerhalb des Rotationskörpers 01; 07 angeordnet sein, dass ein Abstand zu dessen Mantelfläche oder direkt ein Schwingungsbild der Körpersilhouette detektiert und ausgewertet wird. In vorteilhafter Ausführung können mehrere Sensoren 08 über den Ballen des Rotationskörpers 01; 07 und/oder des Zapfens 03 bzw. oberhalb dessen Mantelfläche in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet sein, um die Wahrscheinlichkeit der Beobachtung lediglich eines potentiellen Schwingungsknotens zu verkleinern.
Durch die Auswertung der Signale des Sensors 08 bzw. der Sensoren 08 kann auf das Vorliegen einer Resonanzschwingung und damit auf das Vorliegen einer kritischen Solldrehzahl n_soll,k geschlossen werden. Die betriebsmäßige Drehfrequenz, d. h. die betriebsmäßige Drehzahl des Rotationskörpers 01; 07, ist hierbei i. d. R. deutlich geringer als die Frequenz der Resonanzschwingung. Eine Anregung durch die Rotation erfolgt z. B. nicht in jeder Schwingung, sondern, bei Vorliegen einer Drehzahl als ganzzahliger Teiler einer Resonanzfrequenz v_R, in jeder dieser ganzen Zahl entsprechenden Vielfachen einer vollen Schwingung.
Zur manuellen Bestimmung kann das Erreichen einer kritischen Solldrehzahl n_soll,k dadurch erkannt werden, dass die oben genannte Streifenbildung (auf Drucktuch, Druckform und/oder Druckprodukt) einsetzt. Um die hierzu gehörige Resonanzfrequenz v_R des Bauteils bzw. des Systems zu erhalten, kann die Anzahl k der Perioden (je ein Maximum M und ein Minimum m) für eine volle Umdrehung des betreffenden Rotationskörpers 01; 07 oder auf einem der Abwicklung entsprechenden Druckbildabschnitt ermittelt und mit der für die festgestellte Schwingung verantwortlichen kritischen Solldrehzahl n_soll,k (Betriebsdrehzahl, jedoch in Umdrehungen/Sekunde = Hz) multipliziert werden. Mit diesem Wissen könnten nun Resonanzfrequenzen v_R und deren höhere Harmonische festgestellt werden und die zugehörigen Maschinendrehzahlen als kritische Solldrehzahlen n_soll,k bei der Produktion wie unten dargelegt vermieden werden. Dasselbe kann durch Ermitteln von Perioden an einer dem Umfang entsprechenden Länge des Druckbildes am Produkt erfolgen. Anderseits wäre es auch möglich, durch Maßnahmen wie der Verwendung von Aufzügen anderer mechanischer Eigenschaften, einer Veränderung der Lagerspannung und/oder des Lagerpunktes, und/oder einer Veränderung des Anstelldruckes zweier Rotationskörper 01; 07 die Resonanzfrequenz v_R derart zu verschieben, dass die gewünschte Solldrehzahl n_soll ohne Schwingungsresonanz gefahren werden kann, d. h. nicht kritisch ist. Das Ermitteln der Anzahl k kann auch durch einen optischen Sensor erfolgen, welcher auf die Oberfläche der betrachteten Rotationskörpers 01; 07 oder die Bahn 02/den Bogen 02 gerichtet ist.
Im Beispiel der 3 liegt die kritische Solldrehzahl n_soll,k beispielsweise bei 36.000 Umdrehungen/Stunde bzw. 10 Umdrehungen/Sekunde, was einer Frequenz von 10 Hz entspricht. Wurden beispielsweise eine Anzahl von 20 Perioden (deutlich erkennbare Streifen) je Umdrehung ermittelt, so weist dies darf die Anregung einer (Grund)Resonanzfrequenz v_R hin. Das Produkt zwischen der Drehzahl (jedoch in 1/Sekunde, was der Frequenz entspricht) und der Anzahl k der Perioden liefert die (Grund)Resonanzfrequenz v_R (bzw. Eigenfrequenz) des Systems mit 200 Hz. Die höheren Harmonische der Drehfrequenz sind hier im Kontext ebenfalls mit dem Ausdruck ”Resonanzfrequenzen” bezeichnet, da sie zur Anregung der Schwingungen geeignet sind.
Soll nun eine Produktion auf oder in der Nähe einer kritischen Solldrehzahl n_soll,k (in 3 beispielhaft 36.000 Umdrehungen/Stunde) gefahren werden – unbekannter oder bereits bekannter Weise – so wird wie folgt verfahren:
Ist die Solldrehzahl n_soll noch nicht als kritisch bekannt, so kann sie beispielsweise in vorstehend beschriebener Weise zunächst durch Analyse des an dem rotierenden Bauteil 01; 07 anliegenden Moments anhand der durch die Schwingungen erzeugten Momentenschwankungen sowie ggf. zusätzlich durch Beobachtung der Streifen, des Druckbildes oder aber über den Sensor 08 während des Betriebes der Maschine als solche erkannt werden. Das nachfolgende Umfahren dieser gewünschten, aber kritischen Solldrehzahl n_soll,k erfolgt in der nachstehend beschriebenen Weise. Die Erkennung durch Aufnahme des Antriebsmomentes über den Bandpassfilter 09 und ggf. die Schwingungserkennung über den Sensor 08 kann in vorteilhafter Ausführung eigenständig durch eine Analyseeinheit 10 (oder ein Auswerteprogramm) erkannt, und der Maschinensteuerung oder einem entsprechenden Steuerprogramm übergeben werden, worauf die beschriebene Umfahren dem Bedienpersonal entweder vorgeschlagen oder vorzugsweise durch die Steuerung selbsttätig durchgeführt wird.
Allgemein wird also zum Betrieb der Maschine mit dem zumindest einen rotierenden Bauteil 01; 07 zunächst die angestrebte Solldrehzahl n_soll auf eine im Hinblick auf Schwingungsresonanzen kritische Solldrehzahl n_soll,k hin überprüft und ggf. als solche erkannt. Bei positivem Ergebnis wird die Maschine gezielt nicht stationär mit dieser kritischen Solldrehzahl n_soll,k, sondern mit einer von dieser kritischen Solldrehzahl n_soll,k um den Drehzahlunterschied Δn_soll stationär beabstandeten Drehzahl n_soll,v betrieben.
Das in 3 dargestellte Verfahrensbeispiel betrifft den Fall, in dem die Solldrehzahl n_soll als kritischen Solldrehzahl n_soll,k erkannt wird, jedoch die Drehzahlerhöhung bei Erreichen der angestrebten Solldrehzahl n_soll nicht beendet wird, da die Ableitung der gemessenen Schwingungsamplitude nach der Drehzahl kleiner Null ist. Seitens der Analyseeinheit 10 wird in diesem Fall erkannt, dass bei Erhöhung der Drehzahl ein Schwingungsamplitudenminimum erreicht wird. Daher wird die Drehzahl solange erhöht, bis dieses Schwingungsamplitudenminimum erreicht wird. Abbruchkriterium für die Drehzahlerhöhung ist hier das Erreichen eines Schwingungsamplitudenminimums oder das Erreichen der Maximaldrehzahl der Maschine. Dieses Schwingungsamplitudenminimum wird im in 3 dargestellten Beispiel durch Erhöhung um den Drehzahlbetrag Δn_soll erreicht, so dass die Maschine bei der stationär beabstandeten Drehzahl n_soll,v betrieben wird, deren Graph in 3 mit dem Bezugszeichen a angegeben ist.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass z. B. durch einen Initialisierungsdurchlauf für entsprechend vorgegebene Maschineneinstellungen und vorgegebene Drucktücher kritische Solldrehzahlen n_soll,k und entsprechend davon beabstandete Drehzahlen n_soll,v ermittelt und z. B. in der Analyseeinheit 10 hinterlegt werden. Dadurch wird es möglich, z. B. nach dem Aufstellen der Maschine durch einen oder mehrere Testdurchläufe, z. B. mit unterschiedlichen Betriebsmitteln kritische Solldrehzahlen n_soll,k zu ermitteln, einzuspeichern und zu sperren. Zugleich können dabei die Drehzahlen ermittelt werden, bei denen ein Schwingungsamplitudenminimum auftritt oder zumindest eine geringerer Schwingungsresonanzneigung vorliegt als z. B. bei einer benachbarten kritischen Solldrehzahl n_soll,k Dadurch wird es möglich, dass eine einmal erkannte Drehzahl n_soll,v an Stelle einer einmal erkannten kritische Solldrehzahl n_soll,k automatisch angefahren wird, wenn die kritische Solldrehzahl n_soll,k z. B. aufgrund einer Benutzervorgabe angefahren werden soll.
Die vorstehend beschriebene und beispielhaft in 3 gezeigte Verfahrensweise ist von besonderem Vorteil bei der Steuerung des Antriebes/der Antriebe von Rotationsdruckmaschinen. Grundsätzlich kann jedoch unter Be- bzw. Verarbeitungsmaschine von Bahnen oder Bogen auch eine Maschine zur Herstellung oder Wickeln von Papier oder der Herstellung bzw. dem Walzen von Blechen verstanden werden. Diese Methode ist im Allgemeinen dort von Vorteil, wo Material unter Verwendung von rotierenden Bauteilen 01; 07 hergestellt oder bearbeitet wird.

01: rotierendes Bauteil, Rotationskörper, Zylinder, Walze, Übertragungszylinder, Formzylinder
02: Material, Bahn, Bogen
03: Zapfen, Achse, Welle
04: Lager, Radiallager
05
06: Gestell
07: rotierendes Bauteil, Rotationskörper, Zylinder, Walze, Formzylinder, Farbwalze
08: Sensor
09: Bandpassfilter
10: Analyseeinheit, Leitstand, Maschinensteuerung
a: Graph Solldrehzahl, verschoben
M: Maximum
m: Minimum
n_soll: Ziel- bzw. Solldrehzahl, gewünscht
n_soll,k: Solldrehzahl, kritisch
n_soll,v: Solldrehzahl, verschoben
Δn_soll: Drehzahlunterschied

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005012915 A1 [0007]
- DE 102005012916 B3 [0008]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Maschine mit zumindest einem rotierenden Bauteil (01; 07), insbesondere zur Schwingungsstreifenreduktion beim Betrieb einer Druckmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine Solldrehzahl (n_soll) des rotierenden Bauteils (01; 07) angestrebt wird, dass während der Erhöhung der Drehzahl des rotierenden Bauteils (01; 07) zumindest in der Phase bis zum Erreichen der angestrebten Solldrehzahl (n_soll) das an dem rotierenden Bauteil (01; 07) oder das an einem mit diesem in Verbindung stehenden Bauteil anliegende Moment oder der Schleppfehler des rotierenden Bauteils (01; 07) oder eines mit diesem in Verbindung stehenden Bauteils in Bezug auf die Größe der Schwingungsamplitude des Moments bzw. des Schleppfehlers als Funktion der Drehzahl des rotierenden Bauteils (01; 07) analysiert wird, und dass bei Erreichen der Solldrehzahl (n_soll) oder bei Erreichen einer über der Solldrehzahl (n_soll) liegenden Drehzahl des rotierenden Bauteils (01; 07) eine Verminderung der Drehzahl des rotierenden Bauteils (01; 07) auf einen Wert erfolgt, bei dem die Schwingungsamplitude des Moments bzw. des Schleppfehlers geringer ist als bei der Solldrehzahl (n_soll), wenn die Schwingungsamplitude des Moments bzw. des Schleppfehlers bei der Solldrehzahl (n_soll) oder bei der über der Solldrehzahl (n_soll) liegenden Drehzahl kein Minimum aufweist.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verminderung der Drehzahl des rotierenden Bauteils (01; 07) auf einen Wert erfolgt, bei dem die Schwingungsamplitude des Moments bzw. des Schleppfehlers ein Minimum aufweist.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verminderung der Drehzahl des rotierenden Bauteils (01; 07) auf einen Wert erfolgt, bei dem die Schwingungsamplitude ein der Solldrehzahl (n_soll) vorausgehendes Minimum aufweist.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Drehzahl des rotierenden Bauteils (01; 07) bei Erreichen der Solldrehzahl (n_soll) nicht beendet wird, wenn die Ableitung der erfassten Schwingungsamplitude des Moments bzw. des Schleppfehlers nach der Drehzahl des rotierenden Bauteils (01; 07) kleiner Null ist, sondern erst dann beendet wird, wenn die maximal zulässige Drehzahl des rotierenden Bauteils (01; 07) erreicht ist oder wenn die Ableitung der erfassten Schwingungsamplitude des Moments bzw. des Schleppfehlers nach der Drehzahl des rotierenden Bauteils (01; 07) den Wert Null erreicht.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem erfassten Moment bzw. dem Schleppfehler um im üblichen Betrieb der Maschine ohnehin vorliegende Betriebskennwerte handelt.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bandpassfilter (09) vorgesehen ist, über den das Moment bzw. der Schleppfehler aufgenommen wird.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse des Moments bzw. des Schleppfehlers in Bezug auf die Größe der Schwingungsamplitude des Moments bzw. des Schleppfehlers als Funktion der Drehzahl des rotierenden Bauteils (01; 07) in einer Analyseeinheit (10) erfolgt, die mit einer Steuerung der Maschine in Verbindung steht oder einen Bestandteil der Steuerung der Maschine bildet.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenfrequenz und die Bandbreite des Bandpassfilters (09) unabhängig von der Ausgestaltung des rotierenden Bauteils (01; 07) und gewählten Betriebsparametern der Maschine derart gewählt werden, dass die Frequenz der Schwingung des Momentes bzw. des Schleppfehlers den Bandpassfilter passiert.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bandpassfilter (09) vorgesehen sind, wobei die Bandpassfilter (09) unterschiedliche Frequenzbereiche aufweisen, um unterschiedliche Frequenzen der Schwingung des Momentes bzw. des Schleppfehlers erfassen zu können.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen einer Resonanzschwingung und damit das Vorliegen einer kritischen Solldrehzahl (n_soll,k) des rotierenden Bauteils (01; 07) zusätzlich durch wenigstens einen weg- oder drucksensitiven Sensor (08) am rotierenden Bauteil (01; 07) und/oder an dessen Zapfen (03) und/oder an dessen Lager (04) erkannt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen einer Resonanzschwingung und damit das Vorliegen einer kritischen Solldrehzahl (n_soll,k) des rotierenden Bauteils (01; 07) zusätzlich durch wenigstens einen auf das rotierende Bauteil (01; 07) und/oder dessen Zapfen und/oder dessen Lager (04) und/oder auf das durch das rotierende Bauteil (01; 07) bearbeitete Material (02) gerichteten optischen Sensor (08) erkannt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einmal erkannte Solldrehzahl (n_soll,k) bzw. Solldrehzahlen (n_soll,k) des rotierenden Bauteils (01; 07), bei der bzw. denen eine Amplitudenverstärkung bzw. Resonanzschwingung vorliegt/vorliegen, als kritische Drehzahl(en) (n_soll,k) gespeichert und/oder gesperrt wird/werden.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine einmal erkannte Drehzahl bzw. Drehzahlen (n_soll,v) des rotierenden Bauteils (01; 07), bei der bzw. denen eine geringere Schwingungsresonanzneigung als bei einer kritischen Solldrehzahl (n_soll,k) vorliegt, gespeichert werden.
Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die eine einmal erkannte Drehzahl (n_soll,v) des rotierenden Bauteils (01; 07) an Stelle der einmal erkannten kritische Solldrehzahl (n_soll,k) automatisch angefahren wird, wenn es sich bei der angestrebten Sollzahl (n_soll) um die kritische Solldrehzahl (n_soll,k) handelt.