DE102008060740A1

DE102008060740A1 - Druckmaschine

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Publication number: DE102008060740A1
Application number: DE102008060740A
Authority: DE
Inventors: Martin Baureis; Bernhard Dr. Buck; Siegfried Kurtzer; Stefan Mutschall; Henning Niggemann; Malte Dr. Seidler
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2009-07-30
Also published as: CN101544096B; JP2009173036A; US20090183646A1; US8794148B2; CN101544096A; JP5314443B2

Abstract

Es wird eine Druckmaschine (10) mit einer Baugruppe (12) und einem Kurvengetriebe zur Bewegung wenigstens eines Teiles der Baugruppe offenbart. Eine Kurve des Kurvengetriebes weist einen Krümmungsverlauf mit nicht stetig differenzierbaren Stellen, insbesondere Knicke oder Sprünge, innerhalb eines Bewegungsbereichs der Kurve auf. Das Kurvengetriebe kann einen Aktor (18) zur zeitlichen Verschiebung der von den nicht stetig differenzierbaren Stellen induzierten Stöße auf das wenigstens eine Teil der Baugruppe (12) umfassen. Eine Anpassung der erzeugten Bewegung an den Betriebszustand der Druckmaschine ist möglich, so dass eine deutliche Reduzierung von Schwingungen für alle Druckgeschwindigkeiten erreichbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmaschine mit einer Baugruppe und einem Kurvengetriebe zur Bewegung wenigstens eines Teiles der Baugruppe.
Zur Erzeugung von Bewegungen in Druckmaschinen, insbesondere Bogendruckmaschinen, werden an vielen Stellen zwangläufige, ungleichmäßig übersetzende Getriebe wie Kurvengetriebe, Koppelgetriebe oder Kombinationen dieser Getriebe eingesetzt. Ungleichmäßige Bewegungen in Bogendruckmaschinen sind beispielsweise die Vordermarkenbewegung und Ziehmarkenbewegung, die schwingende Bewegung des Vorgreifers oder die Schließbewegungen und Öffnungsbewegung der Greifersysteme. Die zwangläufigen, ungleichmäßig übersetzenden Getriebe sind meistens mit dem gleichmäßig laufenden Hauptantrieb der Maschine fest gekoppelt. Getriebe dieser Art erfüllen die hohen Anforderungen an die Bewegungsgenauigkeit und die Prozessgeschwindigkeit bei hoher Zuverlässigkeit. Jedoch regen die beim Bewegungsablauf eingebrachten Kräfte und Trägheitskräfte häufig störende Schwingungen der Baugruppen oder der Arbeitsorgane, zum Beispiel von Greifersystemen, an. Die Höhe der auftretenden Schwingungsamplituden hängt dabei wesentlich von der Übertragungsfunktion des verwendeten ungleichmäßig übersetzenden Getriebes, insbesondere bei Kurvengetrieben von der Auslegung der Kurvenscheiben, und vom Betriebszustand der Druckmaschine, insbesondere von der Druckgeschwindigkeit der Druckmaschine, ab.
Den Vorteilen einer hohen Bewegungspräzision sowie der Realisierung einer hohen Prozessgeschwindigkeit und Prozesssicherheit ungleichmäßig übersetzender Getriebe steht allerdings eine geringe Flexibilität der erzeugten Bewegung gegenüber. Beispielsweise liegt das Übertragungsverhalten eines Kurvengetriebes durch die Auslegung der Kurve, insbesondere auf einer Kurvenscheibe, fest. Eine flexible Anpassung seiner Übertragungsfunktion an verschiedene Betriebszustände der Druckmaschine, insbesondere zum Zweck der Schwingungsminderung des Systems, ist bei gleichmäßig umlaufendem Antrieb der Kurvenscheibe nicht möglich.
Generell ist bei der Konstruktion und Auslegung von Kurvengetrieben vorgesehen, dass die VDI Richtlinie 2143 berücksichtigt wird. In der Richtlinie 2143 (siehe VDI-EKV: Richtlinie 2143, Bewegungsgesetze für Kurvengetriebe, Berlin, Köln: Beuth Verlag 1980) werden die mathematischen Grundlagen zur Berechnung günstiger Übertragungsfunktionen nullter bis zweiter Ordnung für Kurvengetriebe beschrieben. Die Kurven können mehrere Bewegungsbereiche aufweisen, das heißt, es können mehrere Abschnitte auf der Kurve mit voneinander unterschiedlichen Übertragungsfunktionen oder stückweise aneinander gesetzten Übertragungsfunktionen existieren. Dabei ist die Übertragungsfunktion nullter Ordnung der funktionale Zusammenhang zwischen dem Antriebswinkel (insbesondere Drehwinkel der Kurvenscheibe, Winkel φ₁) und dem Abtriebswinkel beziehungsweise dem Abtriebsweg (insbesondere Drehwinkel eines Rollenhebels, Winkel ψ₁) eines Kurvengetriebes. Die Übertragungsfunktionen erster und zweiter Ordnung sind die entsprechenden Ableitungen dψ₁/dφ₁ und d²ψ₁/dφ₁ ². Als schwingungstechnisch günstig werden richtliniengemäß ausdrücklich nur Auslegungen der Abtriebsbewegung eines Kurvengetriebes mit stetiger Übertragungsfunktion zweiter Ordnung empfohlen. Nach der Richtlinie 2143 erfolgt die mathematische Beschreibung der entsprechenden Übertragungsfunktion nullter Ordnung unter Verwendung geeigneter Polynomfunktionen oder trigonometrischer Funktionen. Bei schnelllaufenden Kurvengetrieben, wie sie in Druckmaschinen eingesetzt werden, führen entsprechende Bewegungsgesetze häufig zu einer hohen Schwingungsanregung des mechanischen Systems.
Eine weitere gängige Methode zur Auslegung günstiger Übertragungsfunktionen ist die harmonische Synthese, das heißt, die Darstellung der Übertragungsfunktion nullter Ordnung eines Kurvengetriebes als Summe harmonischer Anteile (Summe von Sinus und Cosinus Funktionen). In der Literatur werden derartige Bewegungsgesetze auch als HS-(high speed) Bewegungsgesetze bezeichnet. Die höchste Frequenz der harmonischen Anteile eines HS-Bewegungsgesetzes liegt dabei deutlich unterhalb der Eigenfrequenzen des angetriebenen mechanischen Systems, zum Beispiel einer kurvengesteuerten Greiferwelle in einer Druckmaschine. Die entsprechenden Eigenfrequenzen werden damit nur in geringem Maß angeregt, so dass Schwingungen des angetriebenen Systems in vielen Fällen wirksam gemindert werden können. HS-Bewegungsgesetze besitzen jedoch prinzipbedingt den Nachteil, dass im Bewegungsverlauf des Abtriebsgliedes keine exakten Rastphasen (Phasen mit stillstehendem Abtriebsglied des Kurvengetriebes) erzeugt werden können. Schwingungsarme Bewegungen mit Rastphasen werden in Druckmaschinen jedoch häufig verlangt.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung schwingungsarmer Bewegungen ist die Kombination ungleichmäßig übersetzender Getriebe (Kurvengetriebe und Koppelgetriebe sowie deren Kombinationen) mit mindestens einem elektronischen Antrieb.
Beispielsweise im Artikel „Hybride Antriebssysteme zur Erzeugung veränderlicher Übertragungs- und Führungsbewegungen" vom M. Berger und J. Matthes (VDI-Berichte Nr. 1963, S. 631–642 Düsseldorf, VDI-Verlag 2006) werden hybride Mechanismen zur Erzeugung von Bewegungen mit zeitlich veränderlichem Geschwindigkeitsverlauf der Abtriebsbewegung beschrieben. Während bei zwangläufigen, ungleichmäßig übersetzenden Getrieben der Zusammenhang zwischen der Antriebsgröße φ₁ (zum Beispiel der Winkellage einer gleichmäßig umlaufenden Kurvenscheibe) und der Abtriebsgröße ψ₁ (zum Beispiel der Winkellage eines mit der Kurvenscheibe arbeitenden Rollenhebels) festliegt, kann die entsprechende Funktion ψ₁(φ₁) hierbei in Grenzen variiert werden. Die beschriebenen Mechanismen basieren jeweils auf ebenen fünfgliedrigen kinematischen Ketten mit dem Laufgrad 2, in denen die Abtriebsbewegung durch zwei voneinander unabhängige Antriebsbewegungen erzeugt wird. Entsprechend besitzen die Getriebe einen gleichmäßig umlaufenden Hauptantrieb und einen elektronisch gesteuerten Verstellantrieb, durch den es möglich ist, die Abtriebsbewegung des Getriebes in Grenzen gezielt zu beeinflussen. Gegenüber Getrieben mit einem einzigen Antrieb wird mit dem Getriebelaufgrad auch die Anzahl der Getriebeglieder und der Gelenke erhöht. Hierdurch steigt zum einen der konstruktive Aufwand, ebenso werden unter Umständen zusätzliche Nachgiebigkeiten und Lagerspiele erzeugt, die das dynamische Verhalten des Systems negativ beeinflussen können.
Aus verschiedenen Publikationen sind auch ungleichmäßig übersetzende Getriebe (Kurvengetriebe und Koppelgetriebe) beschrieben, die durch einen einzigen, elektronisch gesteuerten Motor angetrieben werden. Beispielsweise sind zu nennen: Braune, R. „Koppelgetriebe mit Servo-Antrieb in schnellen Verarbeitungsmaschinen" in Tagungsband zur Tagung Verarbeitungsmaschinen und Verpackungstechnik, Technische Universität Dresden 2006, Callesen, M. und Braune, R. „Kombination von gesteuerten Antrieben mit Koppelgetrieben – Nutzungspotentiale und Konzipierungsaspekte" in Tagungsband zur VDI/VDE-Tagung Elektrisch-mechanische Antriebssysteme in Fulda 2004, Düsseldorf, VDE-Verlag 2004 sowie Corves, B., Abel, D., Plesken, W., Harmeling, F., Robertz, D. und Maschuw, J. „Methoden zum Entwurf mechatronischer Bewegungssysteme mit ungleichmäßig übersetzenden Getrieben" in VDI-Berichte Nr. 1963, S. 557–573, Düsseldorf, VDI-Verlag 2006. Kurvengetriebe oder Koppelgetriebe besitzen üblicherweise gleichmäßig umlaufende Antriebsmotoren. Die gewünschte Abtriebsbewegung mit ungleichmäßigem Geschwindigkeitsverlauf wird bei Kurvengetrieben durch eine entsprechende Auslegung der Kurvenscheiben und bei Koppelgetrieben durch die Stellungsabhängigkeit ihrer Übersetzung erreicht. Die genannten Veröffentlichungen heben die Einschränkung einer konstanten Winkelgeschwindigkeit des Antriebsmotors auf und verwenden gesteuerte beziehungsweise geregelte Motoren zum Antrieb von Kurven- oder Koppelgetrieben, insbesondere kann auch eine Regelung des Antriebsmotors mit dem Ziel der Minimierung störender Schwingungen erfolgen. Dabei wird der Antriebsmotor in einem geschlossenen Regelkreis mit entsprechendem Aufwand betrieben. Beim Einsatz derartiger Lösungen in Druckmaschinen ist insbesondere zu bedenken, dass hier eine Vielzahl von Teilfunktionen und Bewegungen mit hoher Prozesssicherheit koordiniert ablaufen müssen. Dies wird bei heutigen Druckmaschinen durch den Einsatz eines einzigen, zentralen Hauptantriebes für die Teilfunktionen (zum Beispiel Vordermarkenbewegung und Ziehmarkenbewegung, Vorgreiferbewegung, Drehbewegung der Zylinder, Greifersteuerung) erreicht. Beim Einsatz dezentraler Antriebskonzepte (gesteuerte beziehungsweise geregelte Einzelantriebe der Teilfunktionen) kann der koordinierte Bewegungsablauf nicht in jedem Fall mit gleicher Sicherheit erreicht werden. Als Beispiel sind Notstopsituationen (eventuell im Zusammenhang mit Stromausfall) zu nennen, bei denen die korrekte Steuerung beziehungsweise Regelung der verwendeten Einzelantriebe nur eingeschränkt gewährleistet ist.
In Druckmaschinen gelangen als Aktoren zur Realisierung einer möglichst schwingungsarmen Bewegung des Antriebsorgans oder einer Baugruppe häufig Piezoaktoren zum Einsatz. In diesem Zusammenhang sind insbesondere die folgenden Publikationen zu nennen.
In der Offenlegungsschrift DE 103 35 621 A1 wird ein allgemeines Verfahren zur aktiven Schwingungsbeeinflussung in Bogendruckmaschinen mit Hilfe von Piezoaktoren beschrieben. Dabei ist das schwingende Bauteil, zum Beispiel ein Greifer oder eine Greiferwelle unmittelbar mit einem Piezoaktor versehen. Durch eine geeignete Ansteuerung des Aktors können dem System Kräfte aufgeprägt werden, die störenden Schwingungen entgegenwirken.
Die Offenlegungsschriften DE 200 11 948 , DE 196 52 769 A1 , WO 03/064763 A1 und DE 101 07 135 A1 schlagen den Einsatz aktiver Lagerungen zur Beeinflussung von Schwingungen vor. Dabei werden die Lager von Rotoren, zum Beispiel die Lager der Zylindern einer Druckmaschine, mit Aktoren versehen. Damit können die Lager jeweils senkrecht zur Drehachse des Rotors bewegt werden. Durch eine geeignete Ansteuerung der Aktoren können Schwingungen des Rotors, beispielsweise Biegeschwingungen von Druckformzylinder, Gummituchtuchzylinder und Gegendruckzylinder oder Schwingungen der Kontaktkräfte zwischen aufeinander abrollenden Zylindern, reduziert werden. Die hierzu erforderlichen Verschiebungen der Lagerstellen sind im Allgemeinen klein, so dass auch bei diesen Anwendungen piezoelektrische Aktoren vorgeschlagen werden.
Die Offenlegungsschrift DE 199 63 945 C1 beschreibt die Integration piezoelektrischer Aktoren in die rotierenden Zylinder von Druckmaschinen. Mit Hilfe der Aktoren können die Zylinder gezielt verformt werden. Im Betrieb auftretende, störende Verformungen durch Schwingungen werden durch eine geeignete Ansteuerung der Aktoren zumindest teilweise kompensiert.
In der Offenlegungsschrift DE 198 31 976 A1 wird ein Antrieb für den Vorgreifer einer Bogendruckmaschine beschrieben. Die zyklische Bewegung des Vorgreifers entsteht dabei durch die Überlagerung der Bewegung eines Kurvengetriebes und eines gesteuerten Aktors, insbesondere zur Korrektur von Bewegungsfehlern. Dabei wird insbesondere auch der Einsatz piezoelektrischer Aktoren vorgeschlagen.
Bei der aktiven Schwingungsminderung werden einem schwingungsfähigen System mit Hilfe geeigneter Aktoren gezielt Kräfte aufgeprägt, die den Schwingungen eines Arbeitsorgans entgegenwirken. Aufgrund ihrer hohen Dynamik können in vielen Fällen insbesondere piezoelektrische Aktoren zur Erzeugung der entsprechenden Kraftsignale eingesetzt werden. Bei entsprechenden technischen Lösungen wird der Aktor in einem geschlossenen Regelkreis betrieben, in dem die zu bekämpfende Schwingung gemessen und in ein entsprechendes Signal zur Ansteuerung des Aktors umgerechnet wird. Insbesondere entfällt die schwingungsmindernde Wirkung vollständig, wenn der Aktor nicht angesteuert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einer Baugruppe einer Druckmaschine eine schwingungsreduzierte Bewegung wenigstens eines Teiles der Baugruppe der Druckmaschine zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Druckmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
Eine erfindungsgemäße Druckmaschine, insbesondere eine Bogendruckmaschine und/oder eine Offsetdruckmaschine, mit einer Baugruppe und einem Kurvengetriebe zur Bewegung wenigstens eines Teiles der Baugruppe umfasst eine Kurve des Kurvengetriebes, die einen Krümmungsverlauf mit nicht stetig differenzierbaren Stellen innerhalb eines Bewegungsbereichs der Kurve aufweist.
Auf diese Weise kann eine starke Reduzierung bis hin zu einer völligen Eliminierung störender Schwingungen erreicht werden, insbesondere mit speziell auf das Eigenschwingungsverhalten der Baugruppe abgestimmten nicht stetig differenzierbaren Stellen im Krümmungsverlauf des Kurvenscheibenprofils.
Die Bewegung kann insbesondere ungleichmäßig sein. Die Bewegung kann insbesondere periodisch und/oder zyklisch sein. Das Kurvengetriebe kann zwangläufig und/oder ungleichmäßig übersetzend sein. Der Krümmungsverlauf kann (bevorzugt) die zweite Ableitung oder eine höhere Ableitung als die zweite Ableitung des Kurvenverlaufs sein. Erfindungsgemäß kann der Krümmungsverlauf insbesondere die Krümmung oder der Ruck sein. In anderen Worten ausgedrückt, der Krümmungsverlauf kann Punkte aufweisen, an denen die als Funktion aufgefasste Krümmung der Kurve unstetig oder nicht differenzierbar im Sinne der Infinitesimalrechnung oder mathematischen Analysis der Kurve ist. Insbesondere kann die Lage der Punkte auf das Eigenschwingungsverhalten der angetriebenen Baugruppe abgestimmt oder angepasst sein. Das Kurvengetriebe kann ein Kurvengetriebe in eigentlichem Sinne oder ein mit weiteren Getriebeelementen, insbesondere mit einem Koppelgetriebe kombiniertes Kurvengetriebe sein. Das Kurvengetriebe kann Teil eines Antriebssystems, insbesondere eines Antriebssystems für eine Baugruppe einer Druckmaschine sein. Die Baugruppe kann ein Arbeitsorgan eines Aggregats der Druckmaschine oder einer Komponente der Druckmaschine sein.
In der erfindungsgemäßen Druckmaschine können die nicht stetig differenzierbaren Stellen Knicke oder Sprünge im Krümmungsverlauf der Kurve sein. Die Knicke oder Sprünge im Krümmungsverlauf sind jedoch gleichbedeutend mit entsprechenden Knicken oder Sprüngen in der Übertragungsfunktion zweiter Ordnung oder in der Übertragungsfunktion höherer als zweiter Ordnung. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Druckmaschine umfasst ein Kurvengetriebe mit nicht differenzierbarer oder unstetiger Übertragungsfunktion zweiter oder höherer als zweiter Ordnung. Alternativ zu einer Kurvenscheibenauslegung mit Sprüngen in der Kurvenkrümmung, also Sprüngen in der Übertragungsfunktion zweiter Ordnung des Kurvengetriebes (entspricht dem Winkelbeschleunigungsverlauf eines Rollenhebels) können mit dem Ziel einer gezielten Schwingungsanregung des angetriebenen Systems (Anregung einer kompensierenden Schwingung eines Arbeitsorgans) können auch Sprünge in den Übertragungsfunktionen höherer Ordnung vorgesehen werden. Insbesondere entsprechen Sprünge in der Übertragungsfunktion zweiter Ordnung eines Kurvengetriebes Sprüngen im Krümmungsverlauf des entsprechenden Kurvenscheibenprofils. Bei Sprüngen in der Übertragungsfunktion dritter Ordnung (Ruckfunktion) entstehen Kurvenscheibenprofile mit Knicken im Krümmungsverlauf. Anders ausgedrückt, sind Sprünge in der Übertragungsfunktion dritter Ordnung des Kurvengetriebes (entspricht dem Ruckverlauf eines Rollenhebels) vorgesehen, entstehen Kurvenscheiben mit Knicken in der Profilkrümmung.
In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Druckmaschine ist die Kurve die Umfangslinie einer Kurvenscheibe oder eine Kurvenscheibenkontur. Anders ausgedrückt, die Kurve ist auf einer Kurvenscheibe ausgeprägt, insbesondere eine geschlossene und/oder zyklische und/oder periodische Kurve.
Das erfindungsgemäße Kurvengetriebe kann prinzipiell zur Realisierung beliebiger ungleichmäßiger Bewegungen in der erfindungsgemäßen Druckmaschine verwendet werden. Als Anwendungsfelder sind insbesondere zweckmäßig: Vordermarkenantrieb, Vorgreiferantrieb, Greifersteuerung, Integration von Aktoren in die Zahnsegmente einer Wendetrommel.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckmaschine das Kurvengetriebe einen Aktor zur zeitlichen Verschiebung der von den nicht stetig differenzierbaren Stellen, insbesondere Knicken und Sprüngen, induzierten Stöße auf das wenigstens eine Teil der Baugruppe umfasst. Der Aktor kann insbesondere gesteuert, elektronisch gesteuert oder elektronisch geregelt sein. Kurvengetriebe und Aktor zusammen können als Antriebssystem bezeichnet werden. Insbesondere kann der Aktor ein mit einem von der Kurve gesteuerten Rollenhebel verbundener Piezoaktor sein. Der Piezoaktor kann in einer Koppel des Abtriebsstranges integriert sein oder auf eine Koppel des Abtriebsstranges wirken. Des Weiteren oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Druckmaschine eine Steuerungseinheit aufweist, mit welcher der Aktor druckgeschwindigkeitsabhängig ansteuerbar ist. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit die allgemeine Maschinensteuerungseinrichtung sein.
In diesen vorteilhaften Ausführungsformen kann die erzeugte Bewegung in gewissen Grenzen an den Betriebszustand der Druckmaschine angepasst werden. Eine deutliche Reduzierung von Schwingungen ist für alle Druckgeschwindigkeiten erreichbar. Der erhöhte konstruktive Aufwand ist geringfügig.
Alternativ zu Piezoaktoren können auch elektrodynamische Aktoren, insbesondere Elektromotoren und Elektrolinearmotoren, eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße Einsatz erfordert Aktoren mit einer hohen Dynamik und hoher Kraftdichte bei verhältnismäßig geringem Aktorweg. Piezoelektrische Aktoren erfüllen diese Anforderungen in besonders vorteilhafter Weise.
Einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Druckmaschine können einen Hauptantrieb aufweisen, von welchem der wesentliche Teil der Energie für die Erzeugung sämtlicher Bewegungsformen abgegriffen wird und der auch eine Taktung des Maschinenzyklus vorgibt. Auch das Kurvengetriebe kann mit dem Hauptantrieb der Druckmaschine gekoppelt sein. Dadurch wird insbesondere in vorteilhafter Weise eine Prozesssicherheit für den möglichen Ausfall der gegebenenfalls verwendeten Aktoren oder deren Steuerungen oder Regelungen erreicht. Das erfindungsgemäße Kurvengetriebe bleibt, wenn auch mit ungünstigerem Schwingungsverhalten, ohne Kollisionsgefahr lauffähig.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Druckmaschine liegen die nicht stetig differenzierbaren Stellen des Krümmungsverlaufs derart auf der Kurve, dass Schwingungen des Teiles der Baugruppe in Rastphasen der Bewegung des Teiles gemindert oder kompensiert werden. Die Rastphase ist definiert als eine Phase oder ein Zeitintervall mit stillstehendendem angetriebenen Teil der Baugruppe, insbesondere mit stillstehendem Abtriebsglied oder Abtriebsstrang des Kurvengetriebes.
Des weiteren oder alternativ dazu können in besonders bevorzugten Ausführungsformen der Druckmaschine zwei nicht stetig differenzierbare Stellen des Krümmungsverlaufs mit einem Abstand auf der Kurve liegen, welcher bei Abtastung der Kurve mit einem Kurvenfolger unter Relativbewegung zur Kurve in Auslegungsgeschwindigkeit der Kurve während eines Vielfachen der halben Schwingungsdauer der Baugruppe durchlaufen wird. Für den Fall von gradzahligen Vielfachen wird im Vergleich zur Situation mit ungradzahligen Vielfachen an der zweiten nicht stetig differenzierbaren Stelle ein Stoß mit invertierter Amplitude gegeben, um eine vergleichbare Situation zu erreichen.
In einer konkreten Ausführung ist die Druckmaschine eine Bogendruckmaschine, insbesondere eine Mehrfarbenbogendruckmaschine, und die Baugruppe ein Vordermarkenmechanismus für die Anlage von Bogen am ersten Druckwerk. Für den Vordermarkenmechanismus ist in vorteilhafter Weise ein einfaches dreigliedriges Kurvengetriebe als Grundgetriebe einsetzbar. Auf diese Weise erfolgt keine Erhöhung der Nachgiebigkeit und es wird ein zusätzliches Lagerspiel vermieden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems zur Überlagerung einer kurvengesteuerten Bewegung mit unstetigem Beschleunigungsverlauf (Kurvenscheibe mit unstetigem Krümmungsverlauf) und der Bewegung eines elektronisch gesteuerten Aktors,
2 Schema einer vorteilhaften Ausführungsform des Antriebssystems,
3 Beispielhafte Weg-Zeit-Verläufe für die Bewegung der Masse m (Sollverlauf mit exakter Rastphase, Verlauf bei herkömmlicher Kurvenscheibenauslegung mit abklingender Schwingung in der Rastphase),
4 Schwingungskompensierte Wirkung der Sprünge in der Kurvenscheibenkrümmung bei einer festgelegten Auslegungsgeschwindigkeit,
5 eine vorteilhafte Ausführungsform eines Vordermarkenantriebs für eine Bogendruckmaschine, Aufsicht in Teilbild A und Seitenansicht in Teilbild B,
6 eine Teilbildfolge zur Darstellung der Bewegung des Vordermarkenantriebs aus 5, Warteposition in Teilbild A und abgeschwenkte Position in Teilbild B,
7 Abklingverhalten eines Vordermarke bei 15.000 Druck pro Stunde,
8 Bezogene dynamische Überhöhung für verschiedene Druckgeschwindigkeiten,
9 Abklingkurven für 12.000 Druck pro Stunde,
10 Verläufe des Aktorhubs für verschiedene Druckgeschwindigkeiten,
11 Schwingungsminderung durch geeignete Steuerung der Aktoren (geschwindigkeitsabhängiges Input Shaping), und
12 Abklingverhalten bei konventionellem Antrieb mit sprungloser Kurvenscheibe und bei Verwendung des erfindungsgemäßen Antriebssystems mit aktivem Rollenhebel.
Die 1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebssystems zur Überlagerung einer kurvengesteuerten Bewegung mit unstetigem Beschleunigungsverlauf (Kurvenscheibe mit unstetigem Krümmungsverlauf) und der Bewegung eines elektronisch gesteuerten Aktors, wie es in Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Druckmaschine 10 zum Einsatz gelangen kann. Die anzutreibende Baugruppe 12 einer erfindungsgemäßen Druckmaschine 10 wird im Folgenden als schwingungsfähiges mechanisches System, genauer als Einmassenschwinger mit Masse m, Steifigkeit c und Dämpfungskonstante k, mit der Eingangsgröße φ_s und der Ausgangsgröße ψ_s aufgefasst (1, mit c gekennzeichneter Bereich). Konkrete Ausführungsbeispiele sind ein Vordermarkengetriebe und Deckmarkengetriebe, ein Vorgreifersystem oder ein Greifersystem auf einem Gegendruckzylinder oder einem Transferzylinder. Bei einem in Druckmaschinen 10 üblichen kurvengesteuerten Greifersystem für Papierbögen könnte zum Beispiel der Drehwinkel einer Greiferwelle am angetriebenen Ende als Eingangsgröße φ_s, die Orientierung der Greifer als drucktechnisch relevante Ausgangsgröße ψ_s definiert werden. In vorteilhafter Weiterentwicklung der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Druckmaschine 10 ein Antriebssystem für eine Baugruppe 12 oder ein Arbeitsorgan, das ein Kurvengetriebe zum hauptsächlichen Antrieb der Baugruppe 12 (1, Teilsystem a) und einen elektronisch gesteuerten Aktor 18 (1, Teilsystem b) aufweist. Erfindungsgemäß besitzt die Kurvenscheibe 14 als besonderes Kennzeichen mindestens einen, bevorzugt mehrere Sprünge oder Knicke im Krümmungsverlauf ihrer Kontur, auch als Kurvenscheibe mit unstetiger Krümmung bezeichnet. Die Sprünge oder Knicke sind nach Größe und Ort auf der Kurvenscheibe so ausgelegt, dass Schwingungen des angetriebenen Arbeitsorgans der Druckmaschine 10 (Schwingungen im zeitlichen Verlauf der Größe ψ_s, 1) gemindert, bei optimaler Auslegung und Anpassung an den Betriebszustand der Druckmaschine sogar völlig eliminiert werden. Der elektronisch gesteuerte Aktor 18, dessen Bewegung der Abtriebsbewegung des Kurvengetriebes überlagert wird, dient zur flexiblen Anpassung des zeitlichen Verlaufs der Größe φ_s (Eingangsgröße des anzutreibenden Systems, 1) an den Betriebszustand der Druckmaschine, beispielsweise an die Druckgeschwindigkeit. Die 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform des Antriebssystems.
Gegenüber Kurvengetrieben und Koppelgetrieben herkömmlicher Auslegung verwendet das in den 1 und 2 gezeigte Antriebssystem oder Kurvengetriebe der erfindungsgemäßen Druckmaschine 10 mindestens eine Kurvenscheibe 14 mit Sprüngen 16 im Krümmungsverlauf. Größe und Ort dieser Sprünge 16 auf dem Kurvenscheibenprofil sind so berechnet und auf der Kurvenscheibe realisiert, dass Schwingungen der angetriebenen Baugruppe 14 auch ohne Einsatz eines aktiven Elements (gesteuerter oder geregelter Aktor 18) deutlich gemindert werden können. Gegenüber Kurvengetrieben und Koppelgetrieben mit aktivem Element zur Schwingungsminderung dient der elektronisch gesteuerte Aktor (zum Beispiel ein Piezoaktor in 2) erfindungsgemäß lediglich zur Verbesserung des Betriebsverhaltens in einem möglichst großen Bereich der Arbeitsgeschwindigkeit. Im Gegensatz zu geläufigen Kurvengetrieben oder Koppelgetrieben mit einem elektronisch gesteuerten Antriebsmotor läuft die Kurvenscheibe 14 des erfindungsgemäßen Mechanismus bei vorgegebener Druckgeschwindigkeit stets mit konstanter Winkelgeschwindigkeit und kann damit in vorteilhafter Weise weiterhin fest mit dem Hauptantrieb der Druckmaschine gekoppelt sein.
Die Bewegung der Schwinge 22 entsteht durch Überlagerung der Abtriebsbewegung eines Kurvengetriebes und der Bewegung eines gesteuerten Aktors 18. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass prinzipiell zur Erzeugung dieser Bewegung alle Getriebe mit dem Laufgrad 2, insbesondere fünfgliedrige kinematische Ketten, verwendet werden können. Im Gegensatz zu Kombinationen aus Kurven und Koppelgetrieben auf Basis fünfgliedriger kinematischer Ketten kommt das dargestellte Ausführungsbeispiel mit aktivem Rollenhebel 20, insbesondere die in den 5 und 6 gezeigte direkte Integration der Aktoren in den Hebel unter Verwendung eines Festkörpergelenks, mit wenigen Bauteilen und wenig Gelenken aus.
Das zugrundeliegende physikalische Prinzip und weitere kennzeichnende Eigenschaften der entsprechenden Kurvenscheibenprofile sowie des Aktors 18 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren näher beschrieben.
Zunächst sei auf die Grundidee der Ausführungsform und des Arbeitsprinzips des Antriebssystems in der erfindungsgemäßen Druckmaschine eingegangen. Das hier vorgeschlagene Antriebssystem (2) besteht zunächst aus der im Maschinengestell aufgenommenen gleichmäßig umlaufenden Kurvenscheibe 14 (Drehpunkt A₀) und dem ebenfalls im Gestell gelagerten Rollenhebel 20. Gezeigt ist auch der Hodograph 24 der Kurvenscheibenkrümmung mit Sprüngen 16 in der Kurvenscheibenkrümmung und Wendepunkten 26 des Kurvenprofils (Punkte mit Krümmung 0). Die Bewegung des Rollenhebels 20 wird durch einen elektronisch gesteuerten Aktor 18 auf eine Schwinge 22 übertragen (Schwenkpunkt B₀). Der Schwenkwinkel φ_s der Schwinge 22 entspricht der Summe aus dem Abtriebswinkel ψ₁ des Kurvengetriebes und dem Winkel ψ₂ zwischen dem Rollenhebel 20 und der Schwinge 22. Der Winkel ψ₂ wird dabei durch den Hub des Aktors 18 festgelegt. Die Schwinge 22 bewegt ein Arbeitsorgan der Druckmaschine 10 (Baugruppe 12, z. B. ein Greifersystem, Vordermarken oder Seitenmarken), das in 2 durch ein schwingungsfähiges System (Einmassenschwinger) repräsentiert wird. Der zeitliche Verlauf des Schwenkwinkels φ_s(t) ist die Eingangsgröße dieses Systems, der zeitliche Hubverlauf ψ_s(t) der Masse m beschreibt die Bewegung eines Arbeitsorgans der Druckmaschine 10. Das hier beispielhaft skizzierte Getriebe soll eine schwingende Bewegung der Masse m mit einer Rastphase erzeugen. Der entsprechende Verlauf ψ_s(t) ist in 3 dargestellt. Die Variable t bezeichnet die Zeit.
Ohne Ansteuerung des Aktors 18 (Aktorhub konstant) und herkömmlicher Kurvenscheibenauslegung ergäben sich zunächst unerwünschte Schwingungen der Masse m in der Rastphase 28 der Kurvenscheibe 14 (3). Um diesen Schwingungen entgegenzuwirken besitzt die Kurvenscheibe 14 als besonderes Merkmal Sprünge 16 in der Krümmung ihres Profils. Der entsprechende Hodograph 24 der Krümmung (Kehrwert des Krümmungsradius) ist in 2 dargestellt. Im zeitlichen Verlauf der Winkelbeschleunigung φ .._s = d²φ_s/dt² der Schwinge 22 entsprechen oder bewirken diese Sprünge 16 ein Rechtecksignal. In der 3 ist zum einen der Sollverlauf 30 der Größe ψ_s(t) und zum anderen der tatsächliche Verlauf 32 von ψ_s(t) bei Verwendung einer herkömmlichen (krümmungsstetigen) Kurvenscheibe gezeigt. Es ist deutlich erkennbar, wie Schwingungen von ψ_s(t) während der Rastphase 28 der Kurvenscheibe 14 auftreten. Der Beginn der Rastphase 28 ist mit t_Rast angegeben.
Die 4 zeigt die Schwingungsantwort ψ_s,stetig (erste Schwingungsantwort 34) der Masse m auf ein Bewegungsgesetz der Kurvenscheibe mit stetigem Beschleunigungsverlauf (Weg der Masse m bei krümmungsstetiger Kurvenscheibe 14) und die Schwingungsantwort ψ_s,Rechteck (zweite Schwingungsantwort 36) auf das rechteckförmige, durch die Sprünge 16 im Krümmungsverlauf des Kurvenscheibenprofils erzeugte Beschleunigungssignal. Es ist zu deutlich erkennen, dass die entsprechenden Schwingungen der Masse m im Rastbereich 28 gegenphasig gleich sind. Gezeigt ist des Weiteren der Anteil der Winkelbeschleunigung φ .._s des Rollenhebels 22 aufgrund von Spüngen in der Kurvenscheibenkrümmung. Bei dem Kurvenscheibenprofil in 2 ist das rechteckförmige Beschleunigungssignal dem Bewegungsgesetz mit stetigem Beschleunigungsverlauf überlagert. Der zeitliche Hubverlauf ψ_s(t) der Masse m ergibt sich in diesem Fall als Summe der in 4 dargestellten Verläufe ψ_s,stetig und ψ_s,Rechteck. Im Rastbereich 28 der Kurvenscheibe löschen sich die entsprechenden Schwingungen dieser Verläufe aus, und es wird eine exakte Rast der Masse m erreicht.
Die völlige Schwingungsfreiheit der Masse m im Rastbereich wird zunächst bei einer bestimmten, bei der Getriebeauslegung frei wählbaren Winkelgeschwindigkeit d_φ1Auslegung/dt der Kurvenscheibe 1 erreicht. Kennzeichnend für die Kurvenscheibenauslegung ist, dass bei dieser Auslegungswinkelgeschwindigkeit jeweils mindestens zwei Sprünge im Krümmungsverlauf der Kurvenscheibe 14 um ein ganzzahliges Vielfaches der halben Einschwingdauer des angetriebenen mechanischen Systems, hier um die Schwingungsdauer T des angetriebenen mechanischen Systems (Schwingungsdauer des Einmassenschwingers in 2) versetzt erfolgen. Anders ausgedrückt, beim Betrieb des Antriebssystems mit einer (in Grenzen frei wählbaren) Auslegungsgeschwindigkeit folgen jeweils mindestens zwei Sprünge im Beschleunigungsverlauf des Rollenhebels 20 um die Einschwingungsdauer der Masse m versetzt. Bei dieser Auslegungsgeschwindigkeit treten keine Schwingungen im Rastebereich (t > t_Rast) auf. Der gesteuerte Aktor 18 erlangt besondere Bedeutung beim Betrieb der Kurvenscheibe 14 mit einer von der Auslegungsgeschwindigkeit verschiedenen Winkelgeschwindigkeit der Kurvenscheibe 14. Die Winkelgeschwindigkeit kann insbesondere von der Arbeitsgeschwindigkeit oder Druckgeschwindigkeit der Druckmaschine abhängen. Häufig ist die Winkelgeschwindigkeit proportional zur Druckgeschwindigkeit, beispielsweise wenn das Kurvengetriebe mit dem Hauptantrieb der Druckmaschine gekoppelt ist.
Weicht die Winkelgeschwindigkeit der Kurvenscheibe 14 von der Auslegungsgeschwindigkeit ω_1Auslegung ab, können die Schwingungen im Rastbereich der Abtriebsbewegung nicht völlig eliminiert werden. Aufgabe des gesteuerten Aktors 18 (2) ist es, die Bewegung der Schwinge 22 über den gesamten vorgesehenen Bereich der Arbeitsgeschwindigkeit so zu korrigieren, dass keine Schwingungen der Masse m im prozesstechnisch wesentlichen Rastbereich 28 der Abtriebsbewegung auftreten. Zu diesem Zweck sind häufig nur geringe Aktorhübe bei hoher Dynamik erforderlich, so dass piezoelektrische Aktoren für diese Aufgabe in vorteilhafter Weise zum Einsatz gelangen.
Als konkretes Anwendungsbeispiel in einer erfindungsgemäßen Druckmaschine wird nachfolgend ein Vordermarkenmechanismus einer erfindungsgemäßen Offsetdruckmaschine unter Bezugnahme auf die 5 bis 12 beschrieben.
Im Teilbild A der 5 ist eine Aufsicht und im Teilbild B der 5 eine Seitenansicht des Vordermarkenmechanismus für Vordermarken 38 mit einem vorstehend näher erläuterten Antriebssystem gezeigt. Die Bewegung der Vordermarkenwelle 40 wird durch ein ebenes dreigliedriges Kurvengetriebe, eine gleichmäßig umlaufend angetriebenen Kurvenscheibe 14 und einen Rollenhebel 20 mit einer Kurvenrolle 42 aufweisend, erzeugt. In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kurvengetriebes besitzt der Rollenhebel 20 ein Festkörpergelenk 46 und ist mit zwei Linearaktoren 44 versehen (zur prinzipiellen Erfüllung der Funktion wäre ein Aktor ausreichend, aus Symmetriegründen werden im vorliegenden Beispiel zwei Aktoren eingesetzt). Sie sind bevorzugt als Piezostapelaktoren ausgeführt. Die Kurvenscheibe 14 ist fest mit dem hier nicht gezeigten Hauptantrieb der Druckmaschine verbunden und rotiert bei vorgegebener Druckgeschwindigkeit mit konstanter Winkelgeschwindigkeit. Die elektronisch gesteuerten Linearaktoren 44 dienen als Nebenantriebe dazu, der Vordermarkenwelle 40 eine zusätzliche Drehbewegung aufzuprägen.
Die Vordermarken 38 schwenken ausgehend von der im Teilbild A der 6 gezeigten Warteposition ab, senken sich dabei gleichzeitig unter den ablaufenden Bogen 48 (Teilbild B der 6) und kehren zum Ausrichten der nächsten Bogenvorderkante in die Ausgangsposition zurück. Wird die Bewegung der Vordermarkenspitze S in Bogenlaufrichtung betrachtet, so ist die momentane Position der Vordermarkenspitze S durch die Koordinate x_S im ortsfesten x,y-Koordinatensystem gegeben. Zum Ausrichten der Bögen sollen die Vordermarken 38 möglichst völlig stillstehen (x_S = 0; dx_S/dt = 0).
Durch Schwingungen der Vordermarkenwelle 40 bewegen sie sich jedoch auch in der vorgesehenen Rastphase.
Die 7 zeigt exemplarisch eine typische Abklingkurve für die Koordinate x_S einer Vordermarke 38 (5) am freien Ende der Vordermarkenwelle 40 als Funktion des Maschinenwinkels. Gezeigt ist zum einen der schwingungsbehaftete Istverlauf 50, welcher durch auftretende Torsionsschwingungen der Vordermarkenwelle 40 begründet ist. Gezeigt ist zum anderen der Sollverlauf 52, welcher mit einem erfindungsgemäßen unstetigen Kurvenscheibenverlauf, der für 15.000 Druck pro Stunde (Exemplare oder Bogen pro Stunde) ausgelegt ist, erreicht wird. Als Kriterium für das dynamische Verhalten kann das Maximum x_S,max im Verlauf x_S(φ) (Maschinenwinkel φ, 4) verwendet werden. Für eine genaue Ausrichtung der Bogenvorderkante wird eine möglichst kleine Überhöhung x_S,max angestrebt. Es ist deutlich zu erkennen, dass in der Ausrichtungsphase 54 die ohne Einsatz der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe auftretenden Schwingungen eliminiert sind.
Zur weiteren Erläuterung sei zunächst auf den Betrieb ohne Bewegung der Linearaktoren 44 eingegangen. Die 8 zeigt die dynamischen Überhöhungen der Vordermarkenbewegung (Vordermarke 38, 2) für verschiedene Druckgeschwindigkeiten, angegeben in Druck pro Stunde. Zur besseren Vergleichbarkeit der Werte wurden die berechneten Überhöhungen x_S,max auf den bei 15.000 Druck pro Stunde auftretenden Spitzenwert x_S,max,15000 bezogen. Der erste Verlauf 56 ergibt sich bei Verwendung einer Kurvenscheibe 14 mit stetigem Krümmungsverlauf. Der zweite Verlauf 58 ergibt sich bei einer Kurvenscheibe mit gezielt angeordneten Sprüngen 16 in der Kurvenscheibenkrümmung. Als Auslegungsgeschwindigkeit des Antriebssystems wurde für die nachfolgenden quantitativen Berechnungen eine Druckgeschwindigkeit von 12.000 Druck pro Stunde gewählt. Aus der 8 wird deutlich, dass genau bei dieser Druckgeschwindigkeit praktisch keine dynamische Überhöhung des Verlaufs x_S(φ) mehr auftritt, wenn der hier vorgeschlagene Antrieb zunächst ohne Ansteuerung der Linearaktoren 44 eingesetzt wird. Die Schwingungen der Vordermarken werden in der Rastphase fast völlig eliminiert: In der 9 ist eine erste Abklingkurve 60 bei Verwendung einer Kurvenscheibe 14 mit stetigem Krümmungsverlauf gezeigt. Diese erste Abklingkurve 60 weist in dieser Darstellung deutlich erkennbare Schwingungsoszillationen auf. Des Weiteren ist eine zweite Abklingkurve 62 bei einer Kurvenscheibe mit gezielt angeordneten Sprüngen 16 in der Kurvenscheibenkrümmung gezeigt. Die Schwingungsoszillationen der ersten Abklingkurve 60 sind kompensiert.
Prinzipbedingt geht die schwingungsmindernde Wirkung der Krümmungssprünge im Kurvenscheibenprofil zumindest teilweise verloren, wenn die Druckgeschwindigkeit von der Auslegungsgeschwindigkeit 12000 Druck pro Stunde abweicht (8, zweiter Verlauf 58). Dieser Nachteil kann nun durch eine geeignete Steuerung der Linearaktoren 44 überwunden werden.
Nun sei zur weiteren näheren Erläuterung auf den Betrieb des erfindungsgemäßen Antriebssystems der erfindungsgemäßen Druckmaschine auf den Betrieb mit einer Ansteuerung der Linearaktoren 44 eingegangen.
Grundsätzlich führen die angesteuerten Linearaktoren 44 im Rollenhebel 20 identische Hubbewegungen aus. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass prinzipiell die Integration eines einzigen Aktors zur Erfüllung der kinematischen Funktion ausreichend wäre, aus konkreten konstruktiven Gründen und zur Vermeidung unerwünschter Verformungen des Rollenhebels 22 werden aber in dieser vorteilhaften Ausführungsform zwei Aktoren eingesetzt. Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Kurvenscheibe mit Sprüngen im Krümmungsverlauf (mit Auslegungsgeschwindigkeit 12.000 Druck pro Stunde) eingesetzt. Durch die Linearbewegung der Linearaktoren 44 mit entsprechender Verformung des Rollenhebels 22 im Festkörpergelenk 46 wird zu dem Verdrehwinkel ψ(Teilbild B der 6) der Vordermarkenwelle 40, der sich alleine durch die Kurvenscheibenauslegung ergibt, ein zusätzlicher Betrag Δψ addiert. Durch eine geeignete Steuerung der Linearaktoren 44 werden die Sprünge im Winkelbeschleunigungsverlauf des Rollenhebels 22, die bei der Auslegungsgeschwindigkeit alleine durch den unstetigen Krümmungsverlauf des Kurvenscheibenprofils erzeugt werden, zeitlich verschoben.
Hierdurch wird erreicht dass die schwingungsmindernden Sprünge im Winkelbeschleunigungsverlauf des Rollenhebels 22 in jedem Betriebszustand, insbesondere bei jeder Druckgeschwindigkeit der Druckmaschine, zum richtigen Zeitpunkt erfolgen.
In der 10 sind Hubverläufe der Linearaktoren 44 bei verschiedenen Druckgeschwindigkeiten, hier 3.000, 6.000, 9.000, 12.000 und 15.000 Druck pro Stunde, als Funktion des Maschinenwinkels gezeigt. Es ergibt sich für die Druckgeschwindigkeit 12.000 Druck pro Stunde der konstante Aktorhub 0, da in diesem Betriebszustand alleine die Kurvenscheibenauslegung für eine nahezu vollständige Minderung störender Schwingungen der Vordermarken 38 sorgt. Die Hübe der Linearaktoren 44 bewegen sich insbesondere bei hohen Druckgeschwindigkeiten lediglich in der Größenordnung weniger Zehntel mm, so dass eine mechanisch einfache und wartungsfreie Ausführung Realisierung des aktiven Rollenhebels mit Piezostapelaktoren in vorteilhafter Weise möglich ist.
Das Betriebsverhalten der erfindungsgemäß angetriebenen Baugruppe der Druckmaschine anhand der dynamischen Überhöhung x_S,max bezogen auf den bei 15.000 Druck pro Stunde auftretenden Spitzenwert x_S,max,15000 als Funktion der Druckgeschwindigkeit im Geschwindigkeitsbereich von 3.000 Druck pro Stunde bis 15.000 Druck pro Stunde ist in 11 dargestellt. Der dritte Verlauf 64 zeigt das Betriebsverhalten mit einer sprungfreien Kurvenscheibe bei inaktiven Linearaktoren. Der vierte Verlauf 66 bezieht sich auf das Betriebsverhalten mit einer erfindungsgemäßen Kurvenscheibe (ausgelegt für 12.000 Druck pro Stunde) bei inaktiven Linearaktoren. Der fünfte Verlauf 68 stellt das Betriebsverhalten mit der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe bei aktiven Linearaktoren dar. Zusammenfassend ist festzustellen, dass die dynamische Überhöhung x_S,max des Verlaufs x_S(φ) der Lagekoordinate x_S durch den Einsatz der Linearaktoren 44 im gesamten Geschwindigkeitsbereich fast vollständig unterdrückt wird.
Zur Verdeutlichung der erreichten Verbesserung zeigt 12 die Abklingkurve der Vordermarke 38 (2) bei 15.000 Druck pro Stunde als Funktion des Maschinenwinkels, einerseits ohne (dritte Abklingkurve 70) und andererseits mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem mit krümmungsunstetiger Kurvenscheibe 14 und aktivem Rollenhebel 20 (vierte Abklingkurve 72). In der gezeigten Größenordnung weist die dritte Abklingkurve 70 deutliche Oszillationen auf, während die unter Einsatz des erfindungsgemäßen Antriebssystems erhaltene Abklingkurve 72 nur noch leichte Oszillationen zeigt, welche insbesondere unterhalb einer Toleranzschwelle liegen.

10: Druckmaschine
12: Baugruppe
14: Kurvenscheibe
16: Sprünge
18: Aktor
20: Rollenhebel
22: Schwinge
24: Hodograph
26: Wendepunkt
28: Rastphase
30: Sollverlauf
32: tatsächlicher Verlauf
34: erste Schwingungsantwort
36: zweite Schwingungsantwort
38: Vordermarke
40: Vordermarkenwelle
42: Kurvenrolle
44: Linearaktor
46: Festkörpergelenk
48: Bogen
50: Istverlauf
52: Sollverlauf
54: Ausrichtungsphase
56: erster Verlauf
58: zweiter Verlauf
60: erste Abklingkurve
62: zweite Abklingkurve
64: dritter Verlauf
66: vierter Verlauf
68: fünfter Verlauf
70: dritte Abklingkurve
72: vierte Abklingkurve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10335621 A1 [0010]
- DE 20011948 [0011]
- DE 19652769 A1 [0011]
- WO 03/064763 A1 [0011]
- DE 10107135 A1 [0011]
- DE 19963945 C1 [0012]
- DE 19831976 A1 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Hybride Antriebssysteme zur Erzeugung veränderlicher Übertragungs- und Führungsbewegungen" vom M. Berger und J. Matthes (VDI-Berichte Nr. 1963, S. 631–642 Düsseldorf, VDI-Verlag 2006) [0007]
- Braune, R. „Koppelgetriebe mit Servo-Antrieb in schnellen Verarbeitungsmaschinen” in Tagungsband zur Tagung Verarbeitungsmaschinen und Verpackungstechnik, Technische Universität Dresden 2006 [0008]
- Callesen, M. und Braune, R. „Kombination von gesteuerten Antrieben mit Koppelgetrieben – Nutzungspotentiale und Konzipierungsaspekte" in Tagungsband zur VDI/VDE-Tagung Elektrisch-mechanische Antriebssysteme in Fulda 2004, Düsseldorf, VDE-Verlag 2004 [0008]
- Corves, B., Abel, D., Plesken, W., Harmeling, F., Robertz, D. und Maschuw, J. „Methoden zum Entwurf mechatronischer Bewegungssysteme mit ungleichmäßig übersetzenden Getrieben" in VDI-Berichte Nr. 1963, S. 557–573, Düsseldorf, VDI-Verlag 2006 [0008]

Claims

Druckmaschine (10) mit einer Baugruppe (12) und einem Kurvengetriebe zur Bewegung wenigstens eines Teiles der Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kurve des Kurvengetriebes einen Krümmungsverlauf mit nicht stetig differenzierbaren Stellen innerhalb eines Bewegungsbereichs der Kurve aufweist.
Druckmaschine (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht stetig differenzierbaren Stellen Knicke oder Sprünge (16) im Krümmungsverlauf der Kurve sind.
Druckmaschine (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurve die Umfangslinie einer Kurvenscheibe (14) ist.
Druckmaschine (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvengetriebe einen Aktor (18) zur zeitlichen Verschiebung der von den nicht stetig differenzierbaren Stellen induzierten Stöße auf das wenigstens eine Teil der Baugruppe (12) umfasst.
Druckmaschine (10) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (18) ein mit einem von der Kurve gesteuerten Rollenhebel (22) verbundener Piezoaktor ist.
Druckmaschine (10) gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmaschine (10) eine Steuerungseinheit aufweist, mit welcher der Aktor (18) druckgeschwindigkeitsabhängig ansteuerbar ist.
Druckmaschine (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvengetriebe mit einem Hauptantrieb der Druckmaschine (10) gekoppelt ist.
Druckmaschine (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht stetig differenzierbaren Stellen des Krümmungsverlaufs derart auf der Kurve liegen, dass Schwingungen des Teiles der Baugruppe (12) in Rastphasen (28) der Bewegung des Teiles gemindert oder kompensiert werden.
Druckmaschine (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei nicht stetig differenzierbare Stellen des Krümmungsverlaufs mit einem Abstand auf der Kurve liegen, welcher bei Abtastung der Kurve mit einem Kurvenfolger unter Relativbewegung zur Kurve in Auslegungsgeschwindigkeit der Kurve während eines Vielfachen der halben Schwingungsdauer der Baugruppe (12) durchlaufen wird.
Druckmaschine (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmaschine (10) eine Bogendruckmaschine ist und die Baugruppe ein Vordermarkenmechanismus für die Anlage von Bogen am ersten Druckwerk ist.