DE10335621A1

DE10335621A1 - Piezoelektrische Schwingungsbeeinflussung in Maschinen der Druckindustrie

Info

Publication number: DE10335621A1
Application number: DE10335621A
Authority: DE
Inventors: Sven Baumgarten; Ansgar Hoffmann; Christian Hieb; Michael Krüger
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungsbeeinflussung in Bedruckstoffe verarbeitenden Maschinen mit wenigstens einem schwingenden Bauteil (5). Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das schwingende Bauteil (5, 13) zur Schwingungsbeeinflussung mit wenigstens einem piezoelektrischen Element (1, 20) mit elektrischer Beschaltung (6) versehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungsbeeinflussung in Bedruckstoffe verarbeitenden Maschinen mit wenigstens einem schwingenden Bauteil.
Bedruckstoffe verarbeitende Maschinen wie Druckmaschinen und Falzmaschinen weisen aufgrund ihrer Konstruktion viele mechanische Schwingungsquellen auf. Diese mechanischen Schwingungsquellen sind zum einen rotierende Bauteile wie Druckzylinder, Transportzylinder, Farbwerkswalzen und Antriebsmotoren sowie Zahnräderzüge. Zum anderen sind an den Transportzylindern einer Bogenrotationsdruckmaschine zum Festhalten von zu transportierenden bogenförmigen Bedruckstoffen bewegliche Greifer montiert, welche im geschlossenen Zustand den Bedruckstoff festhalten und diesen beim Öffnen der Greifer wieder freigeben. Beim Schließen der Greifer kommt es dabei zu Schwingungsbewegungen des Greifers, wenn dieser den bogenförmigen Bedruckstoff auf eine Greiferauflage drückt. Dadurch prallt der Greifer von dem auf der Greiferauflage liegenden bogenförmigen Bedruckstoff zurück und schlägt wieder auf. Die dabei entstehenden Schwingungen werden als Greiferprellen bezeichnet und führen zu Dubliereffekten respektive schlechten Druckergebnissen sowie im schlimmsten Fall zum Verlust des bogenförmigen Bedruckstoffes. Es ist daher wichtig dieses Greiferprellen auf ein Minimum zu reduzieren, um den Bedruckstoff mit dem aufgebrachten Druckbild sowie die Maschine selbst zu schützen. Das Schwingungsverhalten der Greifer ist dabei unter anderem von der Form und Masse abhängig sowie von der Druckgeschwindigkeit der gesamten Druckmaschine.

Aus dem Gebrauchsmuster DE 295 15 631 U1 ist eine Vorrichtung bekannt, welche das Abheben des Greifer von seiner Greiferauflage mit mechanischen Mitteln verhindert. Der Greifer wird dabei mittels einer Feder geschlossen, wobei dieses Federelement ein zusätzliches Dämpfungselement aufweist. Das Dämpfungselement besteht aus einem Dämpfungswerkstoff der das Federelement zylinderförmig umgibt und so die Schwingungen beim Aufschlagen des Greifers auf die Greiferauflage dämpft. Eine solche mechanische Lösung zur Minderung des Greiferprellen hat jedoch immer den Nachteil, dass das System an sich konstant ist, d. h. die dämpfende Wirkung nicht verstellbar ist. Da das Greiferprellen am Anfang stets mit großen Schwingungen einhergeht, welche im weiteren Verlauf nachlassen, ist mit einem herkömmlichen mechanischen System keine optimal Dämpfung möglich. Beim mechanischen System ist daher zum Beispiel zur Anpassung an verschiedene Druckgeschwindigkeiten eine weitere Mechanik erforderlich, um durch Verstellung der Dämpfungselemente unterschiedliche Schwingungscharakteristiken hervorrufen zu können. Eine solche Lösung ist jedoch immens aufwendig und führt an Stellen mit geringem Platzbedarf, wie beim Auftreffpunkt der Greifer auf die Greiferauflage, zu konstruktiven Problemen. Auch an anderen Stellen der Druckmaschine gibt es Bauteile, welche Schwingungen hervorrufen, die gedämpft werden müssen, an deren Einbauort aber nicht genügend Platz zum Einbau einer mechanischen Lösung ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Schwingungsbeeinflussung in Bedruckstoffe verarbeitende Maschinen zu schaffen, welche über einen weiten Einsatzbereich verfügt und außerdem einen geringen Platzbedarf aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den Unteransprüchen und Zeichnungen zu entnehmen.

Um das Schwingungsverhalten von Bauteilen in Bedruckstoffe verarbeitenden Maschinen effektiv beeinflussen zu können, ist ein piezoelektrisches Element hervorragend geeignet, welches mit einer entsprechenden elektrischen Beschaltung versehen ist. Piezoelemente sind elektrische Bauteile, welche auf sie ausgeübten Druck in elektrische Spannung umwandeln. Wird auf das Piezoelement ein Druck ausgeübt, so fällt eine elektrische Spannung ab, welche in einer elektrischen Beschaltung verarbeitet werden kann. Auch wenn sich das piezoelektrische Element wieder ausdehnt, fällt eine entsprechende elektrische Spannung ab, welche jedoch ein entgegengesetztes Vorzeichen trägt. Durch das Zusammendrücken und Ausdehnen eines piezoelektrischen Elements wird so eine Wechselspannung erzeugt, welche der Schwingungsfrequenz des Zusammendrücken und Ausdehnen entspricht. Erfindungsgemäß ist ein solches piezoelektrisches Element zwischen zwei relativ zueinander schwingenden Bauteilen einer Druckmaschine untergebracht, wodurch das Piezoelement zusammengedrückt und auseinander gezogen wird und so ebenfalls in Schwingungen versetzt wird. Mittels der elektrischen Beschaltung ist es nun möglich, den Schwingungen des piezoelektrischen Elements entgegenzuwirken und so das piezoelektrische Element mit den Maschinenbauteilen in seinem Schwingungsverhalten zu beeinflussen. Meist wird die Aufgabe darin liegen, die Schwingungen zu dämpfen. Beim Einsatz zur Verhinderung des Greiferprellens wird das piezoelektrische Element dabei so angesteuert, dass der Greifer möglichst wenig prellt, d. h., dass er nach dem ersten Aufschlagen auf die Greiferauflage möglichst wenig abhebt und sich danach dieser Vorgang möglichst selten wiederholt. Die Piezoelemente eignen sich aber auch für die Schwingungsdämpfung von sich drehenden Wellen, welche sich in Bedruckstoffe verarbeitenden Maschinen vor allen Dingen in Haupt-, Hilfs- und Stellantrieben befinden. Dazu können die Piezoelemente direkt auf der Welle angeordnet sein oder ein Wellenlager gegenüber dem Rest der Maschine abstützen. Durch eine entsprechende Beschaltung der piezoelektrischen Elemente ist es so möglich, Drehschwingungen effektiv zu bekämpfen. Des weiteren können Biegeschwingungen von Balken, Platten und Scheiben reduziert werden, wenn z. B. Seitenwände, Halterungen, Messeinrichtungen oder Antriebsmotoren mittels piezoelektrischen Elementen gelagert werden. Auch hier kommt der große Vorteil piezoelektrischer Elemente zum Tragen, dass sie mittels der elektrischen Beschaltung Schwingungsfrequenzen über einen weiten Frequenzbereich dämpfen können. Dies ist besonders wichtig, da in Bedruckstoffe verarbeitenden Maschinen die auftretenden Schwingungen vom Betriebszustand wie z. B. Druckgeschwindigkeit abhängig sind. Mittels der piezoelektrischen Elemente kann die Dämpfung so einfach an unterschiedliche Schwingungsfrequenzen respektive Betriebszustände angepasst werden.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauteil eine rotierende Welle ist, welche Drehschwingungen verursacht, und dass die rotierende Welle mit wenigstens einem piezoelektronischen Element zur Beeinflussung der Drehschwingungen versehen ist. Es ist dabei möglich, piezoelektrische Elemente unmittelbar auf der rotierenden Welle anzubringen, so dass sich die piezoelektrischen Elemente mitdrehen. Des weiteren ist es möglich, die Lager der rotierenden Welle mittels piezoelektrischer Elemente schwingungstechnisch zu dämpfen. Eine solche Lösung ist für Bedruckstoffe verarbeitende Maschinen mit ihren zahlreichen rotierenden Bauteilen sehr vorteilhaft, da hier die Schwingungen verursachenden rotierenden Bauteile vor Ort gedämpft werden, so dass sich die Schwingungen gar nicht erst über die gesamte Maschine ausbreiten können. Insbesondere wird so eine kompliziert zu erfassende Überlagerung von Schwingungen verschiedener Schwingungsherde vermieden.

Weiterhin ist vorgesehen, dass ein weiteres Bauteil einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine vorhanden ist und dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil über wenigstens ein piezoelektrisches Element zu Schwingungsbeeinflussung miteinander verbunden sind. Überall wo an einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine verschiedene Bauteile miteinander verbunden sind, können von einem Bauteil zum anderen Bauteil Schwingungen übertragen werden. Wenn zwischen diesen Bauteilen ein piezoelektrisches Element mit einer entsprechenden elektrischen Beschaltung vorhanden ist, so kann diese Schwingungsübertragung minimiert oder ganz verhindert werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das schwingende Bauteil ein Greifer eines Bogentransportsystems in einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine ist. In Bogenrotationsdruckmaschinen müssen die einzelnen bogenförmigen Bedruckstoffe von Zylinder zu Zylinder mittels Greifern übergeben und während des Druckvorgangs und des Transportvorgangs festgehalten werden. In Abhängigkeit des Bogenformats sind deshalb über die gesamte Breite der Transportzylinder, Gegendruckzylinder bewegliche Greifer vorhanden, welche den Bogen auf dem jeweiligen Zylinder ergreifen und festhalten können. Eine große Anzahl von Greifern führt jedoch zwangsläufig zu vielen Schwingungsquellen, welche entsprechend gedämpft werden müssen. Insbesondere ist das oben erwähnte Greiferprellen zu unterbinden, da sonst Bogen während des Transports durch die Druckmaschine verloren gehen und die Greifer unerwünscht Markierungen auf den bogenförmigen Bedruckstoffen hinterlassen. Jeder Greifer eines derartigen Bogentransportsystems, welcher mittels eines piezoelektrischen Elements gedämpft wird, kann so vor dem Greiferprellen bewahrt werden. Da im Umfeld der Greifer der Platz für den Einbau von Dämpfungsvorrichtungen sehr begrenzt ist, kommt hier der geringe Platzbedarf von piezoelektrischen Elementen hervorragend zur Geltung.

Weiterhin ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das piezoelektrische Element Bestandteil der Greiferauflage ist. In diesem Fall befindet sich das piezoelektrische Element nahe an der Oberfläche der Greiferauflage auf welcher der bogenförmige Bedruckstoff festgehalten wird. Wird der Greifer geschlossen, so drückt er mittels des Bedruckstoffes direkt auf die Greiferauflage und somit auf das integrierte piezoelektrische Element. Durch die Ansteuerung des piezoelektrischen Elements mit einem elektrischen Schaltkreis ist es nun möglich, dem Auflagedruck entsprechend entgegenzuwirken, so dass das Abprallen des Greifers auf ein Minimum reduziert wird.

In einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das piezoelektrische Element mit einer beweglich gelagerten Greiferauflage verbunden ist. Die beweglich gelagerte Greiferauflage ermöglicht einen größeren Hubweg der Greiferauflage, so dass auch Schwingungen mit größerer Amplitude effektiv gedämpft werden können.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das piezoelektrische Element so ansteuerbar ist, dass die beweglich gelagerte Greiferauflage eine Hubbewegung kleiner gleich 0,1 Millimeter ausführt. Dieser Hubbereich bezieht sich auf eine konventionelle nicht bewegliche Greiferauflage, d.h. die bewegliche Greiferauflage ist bis zu 0,1 mm über das Niveau einer unbeweglichen Greiferauflage hinaus beweglich. Prinzipiell kann die bewegliche Greiferauflage auch Amplituden aufweisen, welche bis unterhalb des Niveaus einer konventionellen Greiferauflage reichen, allerdings ist dieser Bereich, bei dem das piezoelektrische Element zusammengedrückt wird, nicht ganz unproblematisch. Der Hub von 0,1 mm über das Niveau einer konventionellen Greiferauflage hinaus hat sich in der Praxis als besonders gut geeignet zum Minimieren des Greiferprellens erwiesen, da ein größerer Hub leicht zu Beschädigungen des Bogens führen kann.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das piezoelektrische Element die beweglich gelagerte Greiferauflage im inaktiven Zustand in einer Position hält, welcher der einer herkömmlichen unbeweglichen Greiferauflage entspricht. Mit dieser Ausführungsform ist sichergestellt, dass das Bogentransportsystem auch beim Ausfall der elektrischen Beschaltung weiterhin funktionsfähig ist, indem die Höhe der Greiferauflage so eingestellt ist, dass im stromlosen Zustand diese Höhe der Höhe einer herkömmlichen unbeweglichen Greiferauflage entspricht. D. h. beim Ausfall eines Piezoelementes oder seiner elektrischen Beschaltung würde eine solche Maschine wie heutige herkömmliche Maschinen ohne Dämpfungsvorrichtung gegen Greiferprellung arbeiten.

Vorteilhafter Weise weist der Greifer wenigstens ein piezoelektrisches Element zur Beeinflussung seiner Steifigkeit auf. In diesem Fall sind an der Oberfläche des Greiferhalses eines Greifers piezoelektrische Elemente angebracht, welche mit der Greiferoberfläche fest verbunden sind. Der Greiferhals ist der Ort des Greifers, an dem die größte Deformation beim Aufschlagen des Greifers auf die Greiferauflage auftritt. Für eine effektive Dämpfung des Greiferprellens ist es wichtig, dass die Dämpfungsmaßnahmen am Ort der größten Deformation angreifen. Durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung der piezoelektrischen Elemente ist es möglich, den Greifer geringfügig zu verbiegen und so entsprechend zu verspannen. Mittels einer solchen Verspannung ist es möglich, die Steifigkeit des Greifers zu verändern, auch dadurch kann das Prellverhalten des Greifers beim Auftreffen auf die Bedruckstoffoberfläche verbessert werden.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Greifer von einer Greiferwelle antreibbar ausgeführt ist und dass die Greiferwelle wenigstens ein piezoelektrisches Element zur Schwingungsbeeinflussung aufweist. Auch die Greiferwelle, mittels der die Greifer beim Schließen und Öffnen bewegt werden, hat Auswirkungen auf das Schwingungsverhalten des Greifers und das Prellverhalten beim Auftreffen auf der Bedruckstoffoberfläche bzw. der Greiferauflage. Piezoelektrische Elemente zur Schwingungsbeeinflussung an der Greiferwelle ermöglichen so einen weiteren Eingriff in die Greifermechanik, um Schwingungen gezielt zu beeinflussen. Schwingungen, welche von der Greiferwelle herrühren, können so noch gezielter beeinflusst werden.

Es ist außerdem von Vorteil, dass das piezoelektrische Element mit einem elektrischen Schaltkreis zur passiven Schwingungsbeeinflussung aus Widerständen, induktiven oder kapazitiven elektrischen Bauelementen verbunden ist. Eine solche elektrische Beschaltung, auch RLC-Netzwerk genannt, ist kostengünstig auszuführen und kann an die Schwingungseigenschaften eines Greifers beim Auftreffen auf die Bedruckstoffoberfläche entsprechend angepasst werden. Die Widerstände, Kondensatoren und Spulen können dabei verstellbar ausgeführt sein, so dass sie in Abhängigkeit der Materialbeschaffenheit des zu bedruckenden Bogens verändert werden können und dadurch bei jeder Bogenbeschaffenheit eine optimale Dämpfung möglich ist. Dieses Ziel wird insbesondere dadurch eneicht, dass der elektrische Schaltkreis so abgestimmt ist, dass ein Auftreten der Schwingungsfrequenzen minimiert werden. Dazu wird der RLC-Schwingkreis auf die Eigenfrequenzen des Greifers abgestimmt. Bei mehreren Greifern auf einer Greiferwelle können diese individuell mittels ihrer jeweils zugehörigen Schwingkreise abgestimmt werden.

Weiterhin ist alternativ möglich, dass der elektrische Schaltkreis aktive elektrische Bauelemente wie Transistoren zur aktiven Schwingungsbeeinflussung aufweist. Die Transistoren stellen ein Leistungsbauteil dar, durch welches variabel vorgebbare Ströme und Spannungen mit unterschiedlicher Frequenz zu den piezoelektrischen Elementen geführt werden können. Dadurch ergeben sich vielfältigere Möglichkeiten, die piezoelektrischen Elemente anzusteuern als bei der Verwendung eines passiven RLC-Netzwerks.

Es ist daher weiterhin vorgesehen, dass der aktive elektrische Schaltkreis zur Schwingungsbeeinflussung mittels einer elektronischen Schaltung ansteuerbar ist. Die elektronische Schaltung dient zur Ansteuerung der Leistungsbauteile, welche die piezoelektrischen Elemente mit Strom und Spannung versorgen. Die elektronische Schaltung erweist sich in der Praxis als ein Rechner, welcher z. B. mittels eines Sensors das Schwingungsverhalten des Greifers detektiert und entsprechend diesen Messungen reagiert.

Vorteilhafter Weise ist außerdem vorgesehen, dass zur Ansteuerung des piezoelektrischen Elementes eine Steuerungseinrichtung vorhanden ist, welche zur Detektion der zu beeinflussenden Schwingungen der Greiferauflage mit einem Sensor verbunden ist. Der Sensor ist eine einfache Möglichkeit, den Zeitpunkt des Auftreffens des Greifers auf dem Bedruckstoff oder die Kraft des Auftreffens zu messen und in der elektronischen Schaltung zu verarbeiten. Mittels des Sensors wird auch die folgende vorteilhafte Aisgestaltung der Erfindung ermöglicht, bei welcher der Sensor dazu vorgesehen ist, den Zeitpunkt zu detektieren, zu dem das piezoelektrische Element über einen elektrischen Widerstand entladen wird. Wenn der Sensor das Auftreffen des Greifers an die Steuerung meldet, wird mittels leistungselektronischer Bauteile ein elektrischer Widerstand zugeschaltet, über welchen sich das piezoelektrische Element entlädt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das piezoelektrische Element aus zwei Bereichen besteht, wobei der eine Bereich das schwingungsbeeinflussende Element und der andere Bereich der schwingungsdetektierende Sensor ist. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass der Sensor in das schwingungsbeeinflussende piezoelektrische Element gleich mit integriert ist. Ein solcher piezoelektrischer Sensor ist dann aus vier Elektroden aufgebaut, wobei zwei Elektroden als Sensor ausgebildet sind und die anderen zwei Elektroden als Aktor zur Schwingungsbeeinflussung. Es ist dabei zweckmäßig, dass das Sensorelement volumenmäßig den geringeren Teil des gesamten piezoelektrischen Elementes ausmacht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend an Hand mehrerer Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1: einen Greifer in einer Druckmaschine mit Piezoelementen und einer passiven elektrischen Beschaltung,
2: einen passiven elektrischen Schaltkreis aus Widerständen, Induktivitäten und Kondensatoren,
3: einen Greifer mit piezoelektrischen Elementen und einer aktiven elektrischen Steuerung,
4: eine mittels piezoelektrischem Element bewegliche Greiferauflage mit separatem Sensor,
5: eine mittels piezoelektrischem Element bewegliche Greiferauflage mit integriertem Sensor,
6: eine mittels piezoelektrischen Element bewegliche Greiferauflage ohne zusätzliche Sensoren und
7: ein Schwingungsdiagramm einer beweglichen Greiferauflage.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Bogentransportvorrichtung in einer Bogenrotationsdruckmaschine. Die bogenförmigen Bedruckstoffe 14 werden durch eine Bogenrotationsdruckmaschine mittels sich drehender Zylinder gefördert, welche Greifer 5 aufweisen, mit denen sie die Bogen 14 festhalten können. Wenn eine Bogenübergabe von einem Zylinder zu einem anderen Zylinder stattfindet, werden die Greifer 5 beim abgebenden Zylinder geöffnet, wenn die Greifer 5 beim aufnehmenden Zylinder den Bogen 14 festhalten. Da moderne Bogenrotationsdruckmaschinen Druckgeschwindigkeiten von 15000 Bogen pro Stunde und mehr aufweisen, findet eine solche Bogenübergabe permanent mit einer hohen Bogenübergabefrequenz statt. Dementsprechend müssen die Greifer 5 häufig geöffnet und geschlossen werden. Das schnelle Schließen der Greifer 5 führt jedoch beim Auftreffen des Greifers 5 auf den auf einer Greiferauflage 4 liegenden Bogen 14 zu einem Rückprall des Greifers 5. Dieses Rückprallen, auch Greiferprellen genannt, kann dazu führen, dass der Greifer 5 den Kontakt zum Bogen 14 verliert und der Bogen 14 so aus dem Zwischenraum zwischen Greifer 5 und Greiferauflage 4 herausrutschen kann. Um dies zu verhindern, kann der Anpressdruck des Greifers 5 gesteigert werden, was jedoch leicht zu Spuren auf dem Bogen 14 führen kann. Es ist daher wünschenswert, das Greiferprellen auf andere Art und Weise zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind in 1 längs eines Greiferhalses 22 ein oder zwei Piezoelemente 20 angebracht, mit welchen die Steifigkeit des Greiferhalses 22 verändert und zur Dämpfung elektrische Energie mittels angeschlossenem Widerstand in Wärme umgesetzt werden kann. Der Greifer 5 wird mittels einer rotierenden Greiferwelle 13 geöffnet und geschlossen. Diese Greiferwelle 13 kann mechanisch über Zahnräder oder einen eigenen Elektromotor bzw. pneumatisch angetrieben werden. Damit die Piezoelemente 20 die Steifigkeit des Greifers 5 beeinflussen können, müssen sie fest mit dem Greiferhals 22 verklebt sein. Der Klebstoff befindet sich in einem Klebespalt 21 zwischen Greiferhals 22 und den Piezoelementen 20.
Trifft der Greifer 5 beim Schließen auf den auf der Auflagefläche 4 liegenden Bogen 14 auf, so wird der Hals des Greifers 5 leicht verbogen. Diese Verbiegung führt zwangsläufig auch zu einer Verbiegung der fest mit dem Greifer 5 verbunden piezoelektrischen Elemente 20. Eine Verbiegung der piezoelektrischen Elemente 20 erzeugt aufgrund des piezoelektrischen Effektes in den piezoelektrischen Elementen elektrische Spannungen. Diese elektrischen Spannungen fließen über eine elektrische Verbindung 9 einem elektrischen Schaltkreis 6 zu, welcher als RLC-Netzwerk mit elektrischen Widerständen, Kondensatoren und Spulen ausgerüstet ist. In diesem RLC-Neztwerk 6 wird der von den Piezoelementen 20 gelieferte Strom in den elektrischen Widerständen in Wärme umgesetzt und führt so zur Schwingungsdämpfung.
2 zeigt ein Ersatzschaltbild der Piezoelemente 20 und des angeschlossenen elektrischen Schaltkreises 6. Es ist zu erkennen, dass die piezoelektrischen Elemente 20 vorwiegend kapazitive Eigenschaften aufweisen und daher das Ersatzschaltbild näherungsweise aus Kondensatoren besteht. Der elektrische Schaltkreis 6 besteht aus Widerständen R, Induktivitäten L und Kapazitäten C, wobei die Pfeile auf den elektrischen Bauteilen andeuten, dass diese jeweils verstellbar ausgeführt sind. Auf diese Art und Weise ist eine Abstimmung der elektrischen Bauteile auf die elektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Elemente 20 möglich, insbesondere können die elektrischen Bauelemente in Abhängigkeit der Beschaffenheit des Bedruckstoffes verändert werden, um das Greiferprellen effektiv zu vermindern.
Eine weitere Variante zur Verhinderung des Greiferprellens ist 3 zu entnehmen, in welcher piezoelektrische Elemente 20 im Gegensatz zu der Anordnung in 1 mit einem elektrischen Schaltkreis 6 verbunden sind, welcher nicht nur passiv elektrische Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten enthält, sondern mit aktiven Bauelementen wie Transistoren ausgerüstet ist. Diese Transistoren bilden eine Leistungsendstufe, wodurch die Eigenschaften der piezoelektrischen Elemente 20 aktiv verändert werden können. D. h. piezoelektrische Elemente 20 und elektrischer Schaltkreis 6 bilden keinen passiven Schwingkreis, sondern es kann zusätzlich elektrische Energie vom elektrischen Schaltkreis 6 in die piezoelektrischen Elemente 20 übertragen werden und umgekehrt, wobei Frequenz, Spannung und Strom mittels der leistungselektronischen Bauteile präzise gesteuert werden können. Neben den am Greiferhals angebrachten Piezoelementen 20 weist die Ausgestaltungsform gemäß 3 außerdem noch ein piezoelektrisches Element 20 auf, welches in die Greiferauflage 4 integriert ist. Das piezoelektrische Element 20 der Greiferauflage 4 kann auf der einen Seite als Sensor dienen, welcher beim Auftreffen des Greifers 5 auf den Bogen 14 entsprechende Signale an die Steuerung des elektronischen Schaltkreises 6 abgibt, um so das Greiferprellen zu minimieren. Auf der anderen Seite kann das piezoelektrische Element 20 in der Greiferauflage 4 aber auch als zusätzliches Dämpfungselement ausgebildet sein, welches ebenfalls aktiv von den leistungselektronischen Bauteilen im elektrischen Schaltkreis 6 angesteuert wird.
Selbstverständlich kann eine solche Konfiguration mit zusätzlichen piezoelektrischen Element 20 in der Greiferauflage 4 zur Dämpfung des Greiferprellens auch mit einem passiven elektrischen Schaltkreis 6 wie in 1 und 2 beschaltet sein, dies erschwert jedoch im Vergleich zum aktiven elektrischen Schaltkreis 6 die Koordination zwischen den piezoelektrischen Elementen 20 am Greifer 5 und in der Greiferauflage 4 erheblich. In sofern ist hier der flexiblere aktive elektrische Schaltkreis 6 vorzuziehen.
Auch 4 zeigt eine Vorrichtung zur Dämpfung des Greiferprellens in Bogentransportsystemen in Bogenrotationsdruckmaschinen. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Greiferauflage 4 mittels eines verspannten Balkens 3 beweglich gelagert. Der bewegliche Balken 3 ist dabei mittels einer Balkenaufnahme 11 mit dem Körper 8 eines Transport-, Druck- bzw. Wendezylinders verbunden. Ebenfalls mit dem Zylinderkörper 8 ist eine verschiebbare Auflage 2 für ein piezoelektrisches Element 1 verbunden, welches so mittels eines Verbindungselementes 10 auf der einen Seite mit der beweglichen Greiferauflage 4 und auf der anderen Seite mit der beweglichen Aufnahme 2 verbunden ist. Durch das verschiebbare Element 2, kann die Höhe der Greiferauflage 4 verstellt werden, wobei über die Eigenschaften des Balkens 3 die von diesem erzeugte Federkraft eingestellt werden kann. Auch hier ist das piezoelektrische Element mit einem elektrischen Schaltkreis 6 verbunden, der wie in 3 als aktiver Schaltkreis mit elektronischen Leistungsbauteilen ausgestattet ist. Die leistungselektronischen Bauteile werden dabei von einer Steuerungseinrichtung 7 so angesteuert, dass das piezoelektrische Element 1 den Schwingungen und damit dem Greiferprellen beim Auftreffen des Greifers 5 auf die Greiferauflage 4 und den dazwischenliegenden Bogen 14 entgegenwirkt. Auch hier wird der Greifer 5 mittels einer rotierenden Greiferwelle 13 betätigt. Damit die Steuerungseinrichtung 7 das Greiferprellen effektiv verhindern kann, ist sie mit einem Sensor 12 verbunden, welcher das Aufsetzen des Greifers 5 auf der Greiferauflage 4 und dem dazwischen liegenden Bogen 14 detektiert. Der maximale Hub der Auflagefläche 4 ist dabei nach Versuchen in der Praxis zu 0,1 mm gewählt worden, so dass der Bogen 14 nicht beschädigt wird.
Auch wenn der Hub von 0,1 mm den Auflagewinkel der Greiferauflage 4 nur vernachlässigbar verändert, so kann diesem Effekt dadurch vorgebeugt werden, wenn die Greiferauflage 4 nicht nur einseitig sondern in einer hier nicht gezeigten Art und Weise beidseitig z.B. über einen zweiten beweglichen Balken 3 gelagert ist. In diesem Fall muss der Greifer 5 so geformt sein, dass er über die zweite Lagerung hinweg auf die Greiferauflage 4 zugreifen kann. Da dies einen länglichen Greifer 5 erfordert, ist es auch möglich, bei beidseitig gelagerter Greiferauflage 4 diese um 90° in der Auflageebene zu drehen, so dass ihre Lagerung nicht in Bewegungsrichtung des Greifers 5 wie in den 4 bis 6 erfolgt, sondern quer zur Bewegungsrichtung des Greifers 5. Dies spart Platz und erlaubt es den Greifer 5 kurz zu halten.
Im einfachsten Fall besteht der Sensor 12 aus einem elektrischen Kontakt, welcher das Abheben der Greiferbefestigung von der Greiferwelle 13 detektiert, wenn der Greifer 5 auf der Greiferauflage 4 aufschlägt. Weitere Ausgestaltungsform von Sensoren 12 sind optische, kapazitive oder induktive Sensorelemente. Im einfachsten Fall wird die von dem piezoelektrischen Element 1 erzeugte Ladung über einen elektrischen Widerstand entladen, was gut zu dem Bewegungsprofil der Greiferauflage 4 passt. Der Weg der Greiferauflage 4 lässt sich näherungsweise durch eine Exponential-Funktion beschreiben, welche durch die Entladung über einen elektrischen Widerstand in kürzester Zeit (kleiner als eine Millisekunde) gut approximiert wird . Da auf einer Greiferwelle 13 meistens mehrere Greifer 5 angebracht sind, sollten für jeden Greifer 5 separate Sensoren 12 vorhanden sein, um die Greiferdämpfung effektiv durchführen zu können.
Um den zusätzlichen Sensor 12 einzusparen, kann das piezoelektrische Element 1 gemäß 5 auch aus mehreren Lagen bestehen, so dass dieses mindestens vier Elektroden enthält. Zwei dieser Elektroden werden dann zur Dämpfung verwendet und über eine elektrische Verbindung 9 mit einem elektrischen Schaltkreis 6 verbunden, während zwei weitere Elektroden als Drucksensor verwendet werden und an die Steuerungseinrichtung 7 angeschlossen sind. Außerdem ist es möglich wie in 6 auch das gesamte piezoelektrische Element 1 als Sensor für das Auftreffen des Greifers 5 auf die Greiferauflage 4 zu verwenden, wobei die Ausführungsformen in den 5 und 6 generell den Nachteil aufweisen, dass die Steuerungseinrichtung 7 erst nach dem Auftreffen des Greifers 5 auf die Greiferauflage 4 reagieren kann. Dies ist aber normaler Weise völlig ausreichend, da auch eine Schwingungsdämpfung, welche erst nach dem Beginn innerhalb der ersten Schwingungsperiode aktiv wird, meist dem Zweck der Schwingungsdämpfung genügt. Unter Umständen reicht auch ein Beginn der Schwingungsdämpfung mit der zweiten Schwingungsperiode aus. Da die Periodendauer
konstant ist, kann in der Steuerungseinrichtung 7 ein Steuersignal mittels eines einfachen Totzeitglieds zum Entladen des piezoelektrischen Elements 1, 20 über einen Widerstand R abgegeben werden. Die Entladezeit τ hängt dabei von der Eigenfrequenz des Greifers f_Greifer ab, was zu der Beziehung
führt. Da die Eigenfrequenz f_Greifer des Greifers als gegeben angesehen wird und die Kapazitäten Eigenschaften der piezoelektrischen Elemente 1, 20 sind, muss der Widerstand R entsprechend angepasst werden, um die Eigenfrequenzen des Greifers f_Greifer zu dämpfen. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht es, mit kurzen Reaktionszeiten zu arbeiten, so dass auch bei den Ausführungsformen gemäß der 5 und 6 die Dämpfung noch innerhalb der ersten Schwingungsperiode möglich ist.
Mittels der Ausführungsformen gemäß 5 ist es möglich, die beim Aufprall des Greifers 5 auf die Greiferauflage 4 auftretenden Kräfte zu messen und mittels der Steuerungseinrichtung 7 und leistungselektronischer Bauteile im elektrischen Schaltkreis 6 eine Regelung zu konstruieren, die einen vorgegebenen Kraftverlauf ermöglicht. Die Steuerungseinrichtung 7 kann in diesem Fall auch selbstlernend ausgelegt sein, so dass sie die Hubkennlinie der Auflage 4 nach mehreren Schwingungsvorgängen optimieren kann. Über die Steuerungseinrichtung 7 ist es auch hier möglich, die Schwingungsdämpfung beim Greiferprellen auf das Material der Bogen 14 abzustimmen, wobei hier vor allem die Materialdicke entscheidend ist. Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass die 1 bis 6 nicht als maßstäbliche Zeichnungen anzusehen sind.
Beispielhaft für den Verlauf einer Schwingung der Greiferauflage 4 ist das Schwingungsdiagramm in 7 anzusehen. Hier ist die Kraft in N, welche der Greifer 5 auf die Greiferauflage 4 ausübt, über der Zeit t in ms bei einer Druckgeschwindigkeit von 18 000 Drucken pro Stunde aufgetragen. Es ist ersichtlich, dass die Schwingung bei 2,5 ms ihr Maximum hat, danach abklingt und sich um eine Klemmkraft von 75 N einpendelt. Negative Kräfte beim Abheben des Greifers 5 von der Greiferauflage 4 sind nicht eingezeichnet, da sie nicht messbar sind. Die Periodendauer T beträgt 1 ms und die Eigenfrequenz f_Greifer damit 1000 Hz. Die Entladezeit r beträgt dann 0,25 ms, so dass bereits im ersten Viertel einer Schwingungsperiode gedämpft wird.
Die Bogentransportvorrichtungen weisen in der Praxis eine Vielzahl von Greifern 5 auf einer Greiferwelle 13 auf. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, dass ein Bogen 14 über seine gesamte Breite gehalten wird und auch bei kleineren Formaten immer mehrere Greifer 5 den Bogen 14 ergreifen können. Bei einer solchen Bauweise ist es möglich, einige Greifer 5 auf der Greiferwelle 13 als Aktoren d.h. als aktive Dämpfungselemente und andere Greifer 5 als passive Elemente d.h. als Sensoren auszuführen. Dies macht insbesondere dann Sinn, wenn die Anordnungen gemäß der 6 ausgestaltet sind. In diesem Fall dienen dann einige bewegliche Greiferauflagen 4 mit dem zugehörigen piezoelektrischen Element 1 als aktive Dämpfer, während die Greiferauflagen 4 und die piezoelektrischen Elemente 1 anderer Greifer 5 als Sensor zum Messen des Zeitpunkts des Auftreffens der Greifer 5 auf die Greiferauflage 4 arbeiten. Hierbei ist es natürlich erforderlich, dass die Steuerungseinrichtungen 7 der einzelnen Greifer 5 miteinander in Verbindung stehen und Signale austauschen können.

1: Piezoelektrisches Element
2: Verschiebbare Aktoraufnahme
3: Beweglicher Balken
4: Greiferauflage
5: Greifer
6: Elektrischer Schaltkreis
7: Steuerungseinrichtung
8: Zylinderkörper
9: Elektrische Verbindung
10: Verbindungselement
11: Balkenaufnahme
12: Sensor
13: Greiferwelle
14: Bogenförmiger Bedruckstoff
20: Piezoelement
21: Klebespalt
22: Greiferhals

Claims

Vorrichtung zur Schwingungsbeeinflussung in Bedruckstoffe verarbeitenden Maschinen mit wenigstens einem schwingenden Bauteil (5), dadurch gekennzeichnet, dass dieses Bauteil (5, 13) zur Schwingungsbeeinflussung mit wenigstens einem piezoelektrischen Element (1, 20) mit elektrischer Beschattung (6) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (5, 13) eine rotierende Welle ist, welche Drehschwingungen verursacht, und dass die rotierende Welle mit wenigstens einem piezoelektrischen Element (1, 20) zur Beeinflussung der Drehschwingungen versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Bauteil (5, 13) einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine vorhanden ist und dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil über wenigstens ein piezoelektrisches Element (1, 20) zur Schwingungsbeeinflussung miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schwingende Bauteil ein Greifer (5) eines Bogentransportsystems in einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine ist.
Vomchtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element (1, 20) Bestandteil der Greiferauflage (4) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferauflage (4) beweglich gelagert ist und zur Schwingungsbeeinflussung mit einem piezoelektrischen Element (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element so austeuerbar ist, dass die beweglich gelagerte Greiferauflage (4) eine Hubbewegung <= 0,1 mm ausführt.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element (1, 20) die beweglich gelagerte Greiferauflage (4) im inaktiven Zustand in einer Position hält, welche der einer herkömmlichen unbeweglichen Greiferauflage entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (5) wenigstens ein piezoelektrisches Element (1, 20) zur Beeinflussung seiner Steifigkeit aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (5) von einer Greiferwelle (13) antreibbar ausgeführt ist und dass die Greiferwelle (13) wenigstens ein piezoelektrisches Element (1, 20) zur Schwingungsbeeinflussung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element (1, 20) mit einem elektrischen Schaltkreis (6) zur passiven Schwingungsbeeinflussung aus Widerständen (R), induktiven (L) und kapazitiven (C) elektrischen Bauelementen verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltkreis (6) so abgestimmt ist, dass auftretende Schwingungsfrequenzen minimiert werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltkreis (6) aktive elektrische Bauelemente wie Transistoren zur aktiven Schwingungsbeeinflussung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive elektrische Schaltkreis (6) zur Schwingungsbeeinflussung mittels einer elektronischen Schaltung (7) ansteuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung des piezoelektrischen Elementes (1, 20) eine Steuerungseinrichtung (7) vorhanden ist, welche zur Detektion der zu beeinflussenden Schwingungen der Greiferauflage (4) mit einem Sensor (12) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor dazu vorgesehen ist, den Zeitpunkt zu detektieren, zu dem das piezoelektrische Element (1, 20) über einen elektrischen Widerstand entladen wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element (1, 20) aus zwei Bereichen besteht, wobei der eine Bereich das schwingungsbeeinflussende Element und der andere Bereich der schwingungsdetektierende Sensor ist.
Druckmaschine mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Bogentransportsystem in einer Bedruckstoffe verarbeitenden Maschine mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17.