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Die Erfindung betrifft eine Ansteuerungsvorrichtung zum Regeln und/oder Steuern einer Farbschichtdicke eines Farbwerks einer Druckmaschine, insbesondere bei einer Bogenoffset-Druckmaschine. Die Erfindung betrifft ferner ein Farbwerk für eine Druckmaschine, mit einem Farbkasten, einem Duktor, einer einer Anzahl von Farbzonen entsprechenden Anzahl von exzentrischen Walzenabschnitten, die dem Duktor zugeordnet sind und mit diesem jeweils einen Farbspalt bilden und je einem Antrieb für jeden Walzenabschnitt.
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Bei einer Bogenoffset-Druckmaschine wird der Papierbogen vom Anlagestapel aufgenommen, ausgerichtet und dem Druckprozess zugeführt. Es ist ein Farb- und Feuchtwerk vorgesehen, das die Druckplatte auf dem Plattenzylinder einfärbt. Die Druckplatte überträgt sodann das Sujet über den Gummituchzylinder auf den Bogen. Das Farbwerk hat dabei die Aufgabe, die Farbe mit einer für den Druckauftrag bestimmten Stärke auf die Druckplatte aufzutragen.
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Zum Einstellen der Farbschichtdicke sind Einstelleinrichtungen bekannt, die wie folgt aufgebaut sind: Sie umfassen eine Walze, die sich im Wesentlichen über die Bogenbreite hinweg erstreckt und aus einem Farbkasten Farbe aufnimmt. Diese Walze wird als Duktor bezeichnet. Zur Bildung eines Farbspaltes sind dem genannten Duktor zahlreiche Dosiereinrichtungen zugeordnet, die beispielsweise in Form von exzentrischen Walzenabschnitten an den Duktor angelegt sind. Die Walzenabschnitte sind um eine zur Duktorachse parallele Achse um einen begrenzten Winkel verdrehbar, weshalb sich durch deren exzentrische Form eine mehr oder weniger dicke Farbschicht auf dem Duktor ergibt. Durch die Aneinanderreihung solcher Walzenabschnitte ergeben sich sogenannte Farbzonen, die jede für sich genommen separat einstellbar sind. Vom Duktor wird dann die Farbe mittels einer Farbheberwalze mehreren Walzen des Farbwerks zugeführt, ehe dann die Farbe auf den Plattenzylinder aufgetragen wird.
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Der Einstellung der Farbspaltbreite kommt größte Bedeutung für das Druckergebnis zu. Die Antriebseinheiten für die exzentrischen Walzenabschnitte umfassen einen Gleichstrommotor, ein Getriebe und ein Potentiometer, das für die Rückmeldung zur Positionsregelung dient. Eine Antriebseinheit kann aber auch einen Motor anderer Art umfassen, beispielsweise einen Schrittmotor. Entscheidend ist, dass die Farbspaltbreite mit höchster Genauigkeit einstellbar ist, um die Farbe in der richtigen Dosierung zuzuführen und um damit einen perfekten Farbauftrag zu erzielen.
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Hierzu ist aus dem Stand der Technik die
DE 199 17 927 A1 bekannt, bei der eine Anzahl von exzentrischen Walzenabschnitten (Dosierelemente) einem Duktor zugeordnet und mit je einem Antrieb ausgestattet sind.
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Bei bekannten Bogenoffset-Druckmaschinen werden häufig 16 oder mehr Farbzonen angewandt. Übliche Abstufungen entsprechend der Formatbreite sind 16, 23 oder 32 Farbzonen. Alle Motoren mit Rückmeldungseinrichtungen verfügen über eigene Leitungen. Bei 32 Farbzonen bedeutet dies, dass 32 Motoren beispielsweise 5 Leitungen je Motor aufweisen, somit insgesamt 160 Leitungen pro Druckwerk.
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Da der Weg zu dem zentralen Steuerpult leicht 10–20 Meter lang werden kann und eine Druckmaschine in der Regel aus 2–8 Druckwerken besteht, ist mit dieser großen Anzahl Leitungen (zum Beispiel 5 × 100 Leitungen) ein erheblicher Kosten- und Projektierungsaufwand verbunden. Auch ist die Beeinträchtigung der Regelgüte durch EMV Störungen und die sehr hohen ohmschen Leitungsanteile erheblich.
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Die Antriebselektronik ist bisher im Bedienpult der Druckmaschine untergebracht. Die Motoransteuerung erfolgt durch Taktung der Motorspannung. Die Positionierung erfolgt gesteuert, und nicht durch eine Winkelregelung.
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Eine Weiterentwicklung ist aus der
EP 0 529 376 A1 bekannt, wobei jedem Farbkasten eine Farbkasten-Kontrolleinrichtung zugeordnet ist, welche die Farbzonenschrauben-Stelleinrichtung des zugeordneten Farbkastens steuert. Die jeweiligen Farbkasten-Kontrolleinrichtungen sind mit einer zentralen Steuervorrichtung verbunden.
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Die Nachteile der bisher bekannten Antriebselektronik zur Farbschicht-Dickenregelung und/oder Steuerung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Die bekannten Systeme weisen einen erheblichen Verdrahtungsaufwand auf, der hohe Kosten nach sich zieht, aufwendig in Herstellung, Montage und Wartung ist, und der zu Ungenauigkeiten führt. Ein synchronisiertes Verfahren der Antriebe ist nicht möglich. Das Positionieren erfolgt nicht überschwingungsfrei. Das mechanische Spiel kann zu Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Position führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Regeln und/oder Steuern der Farbspaltbreite eines Farbwerkes zu schaffen, das die genannten Nachteile nicht aufweist. Die Vorrichtung soll stattdessen einfach im Aufbau, kostengünstig in der Herstellung, der Montage und der Wartung sein, und zu einer möglichst perfekten Regel- und Steuerqualität führen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine autarke Einheit dar, die vormontiert und außerhalb der Maschine auf Funktionstüchtigkeit geprüft werden kann.
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Damit lasst sich im einzelnen folgendes erzielen:
Die Farbzonenantriebe können synchron verfahren werden. Es ist möglich, beliebige Drehzahlprofile vorzugeben. Das Anfahren der Zielposition erfolgt überschwingungsfrei. Dadurch wird das mechanische Spiel in der Farbzonenansteuerung nicht wirksam.
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Als Einbauort der Farbzonenelektronik kommt der Farbkasten selbst in Betracht. Die Elektronik kann unmittelbar im Farbkasten untergebracht werden. Von einer Platine können 16 Farbzonenmotoren angesteuert werden. Damit verringert sich die Anzahl der Leitungen die bei einem Druckwerk mit 32 Farbzonen in den Farbkasten gelegt werden müssen von 160 (Motorspannung und Winkelerfassung über Poti) auf 4 (Feld-Bus und Spannungsversorgung).
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Bei der praktischen Verwirklichung der Erfindung kommen die folgenden Einzelheiten in Betracht:
Mit einem Spannungsversorgungsstecker kann eine Steckplatzcodierung durchgeführt werden.
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Der einzelne Farbzonenmotor kann wie folgt aufgebaut sein:
Im Gehäuse des Farbzonenmotors ist ein Potentiometer zur Winkelerfassung eingebaut. Die Ansteuerung des einzelnen Motors kann über ein Puls-Weiten-Moduliertes Signal (PWM-Signal) erfolgen.
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Im einzelnen erfolgt die Ansteuerung des Motors über sogenannte H-Brückentreiber. Dies sind vier Schaltelemente, in deren Diagonale die Klemmen des Gleichstrommotors liegen. Die Ansteuerung der Brücke erfolgt durch ein PWM-Signal in der Art, das die Schaltelemente einer Brücken-Diagonalen in der High-Phase des PWM-Signals eingeschaltet werden, und in der Low-Phase abgeschaltet werden. Über die PWM-Vorgabe kann somit die Drehzahl des Motors gestellt werden. Die PWM-Frequenz muss auf die Zeitkonstante des Motors τ abgestimmt werden. Die Frequenz des PWM-Signals wird begrenzt durch die maximalen Schaltzeiten der H-Brockenschaltelemente.
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Für eine Drehzahlregelung oder überlagerte Lageregelung ist es unbedingt notwendig, dass zwischen Drehzahl und PWM-Vorgabe ein linearer Zusammenhang besteht.
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Im Modus One Phase Chopping wird der Motor über eine Brückenhälfte kurzgeschlossen (EMK-Bremsung). Dies führt zwar zu einer höheren Belastung des Motors, aber die geforderte Linearität der Drehzahl/PWM Kennlinie wird erreicht.
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Versuche haben gezeigt, dass eine PWM-Frequenz von 300 Hz zur Ansteuerung der Farbzonenmotoren bei Betriebsart One-Phase Chopping ausreicht.
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Bei Verwendung eines Lage-Polynomialreglers wird kein Drehzahlwert benötigt und ermöglicht im Gegensatz zum quasikontinuierlichen Regler ausreichend große Reglerabtastzeiten (> 100 ms möglich). Durch die großen Reglerabtastzeiten können von einem Rechner eine hohe Anzahl von Farbzonenmotoren sequentiell geregelt werden.
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Die Reglerpole sind separierbar und gehen nicht in das Führungsübertragungsverhalten mit ein, das bedeutet, dass die Einschwingzeit des geschlossenen Regelkreises nicht durch den Regler verschlechtert wird. Die Stellgröße und internen Reglergrößen werden auf Nennwerte begrenzt. Die Regler-Programmlaufzeit beträgt 1 ms. Die geringere Regler-Programmlaufzeit ermöglicht mit den großen Reglerabtastzeiten die simultane Regelung von 16 Antrieben.
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Neben den eingangs beschriebenen exzentrischen Walzenabschnitten gibt es noch Messerfarbkästen, bei denen durch den Abstand des Messers zum Duktor die Farbschichtdicke eingestellt wird. Beim Messerfarbkasten ist infolge des Verschleißes der Messer eine Nullpunktjustage der Messer erforderlich. Dabei werden die Farbzonen in festgelegter Reihenfolge geschlossen. Die Motoren drehen dabei mit einem zu bestimmenden maximalen Moment (Schwellwert), bis keine Winkeländerung mehr erfolgt. Dieser Schwellwert muss größer sein als das maximal auftretende Reibmoment und kleiner als das Nennmoment.
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Prinzipiell gibt es für die Nullpunktjustage zwei Möglichkeiten.
- 1. Momentvorgabe (PWM-Vorgabe) bei offenem Lageregelkreis
- 2. Positionieren im geschlossenen Lageregelkreis
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Entscheidet man sich für die Momentvergabe bei offenem Lageregelkreis, so wird mit konstantem PWM-Signal entsprechend dem Schwellwert angesteuert. Dem entspricht ein etwa konstantes Moment. Sobald keine Winkeländerung mehr erfolgt wird der Istwinkel festgehalten und als Nullpunktreferenz abgespeichert.
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Bei geschlossenem Lageregelkreis hingegen wird mit einer Lagesollwertrampe in den Nullpunkt gefahren. Nach dem Messeranschlag steigt die Stellgröße (PWM-Signal) auf den Schwellwert an. Der Anstieg der Stellgröße wird als Signal dafür genommen, den Istwinkel einzulesen und diesen dann als Nullpunktreferenz abzuspeichern.
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Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand eines Blockdiagramms dargestellt:
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Die 1 zeigt ein Blockschaltbild, das die Farbzonen-Antriebssteuerung wiedergibt.
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Die Motoren 1–8 sind über Leitungen 1'–8' mit einer Ansteuerelektronik 10–13 verbunden. Jede der Ansteuerelektroniken 10–13 kann eine Anzahl von 8 Motoren ansteuern. Die Ansteuerelektronik 10, 12 wird mit einer Spannungsversorgungsleitung 14 mit einer Betriebsspannung von +24 V versorgt. Mittels der Spannungsversorgungsleitung 14 wird gleichzeitig eine Codierung der Ansteuerelektronik 10, 12 durchgeführt, womit festgelegt wird, welcher Farbzonenmotor welche Farbzone in welchem Druckwerk verstellt. Die Spannungsversorgung der Ansteuerelektronik 11, 13 wird durch das Weiterleiten der Versorgungsspannung mittels Leitung 15, 15' realisiert. In der Ansteuerelektronik 10–13 befindet sich jeweils ein Rechner 10'–13'. Dieser Rechner wird mittels einer Feld-Bus-Leitung 16 mit einem Steuerstand 17 verbunden. In diesem Steuerstand 17 sind in einem Speicher 17' die verschiedenen zur Ansteuerung der Motoren nötigen Parameter abgelegt. Die Verbindung der Ansteuerelektronik 12, bzw. des Rechners 12' erfolgt mittels einer Leitung 16' womit die Feld-Bus-Leitung 16 fortgesetzt wird. Es wäre denkbar, dass damit auch weitere Ansteuerelektroniken anbindbar wären.
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Bezüglich des Motors gibt es keinerlei Beschränkungen hinsichtlich der Motorart. Jede Motorart kommt in Betracht, und zwar nicht nur innerhalb der Elektromotoren, sondern es sind auch pneumatische oder hydraulische oder sonstige Antriebe denkbar.