DE19626821A1 - Modulare Rotationssiebdruckmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationssiebdruckmaschine mit einem zwi­ schen zwei auf Abstand von einander gelagerten Hauptwalzen, von denen eine durch einen Hauptantriebsmotor angetrieben wird, einem zwischen den Hauptwalzen gespannten Endlosförderband sowie mit einer Mehrzahl von im Verlauf des Förderbands aufeinanderfolgenden Druckwerken, die jeweils einen Druckzylinder und einen diesem zugeordneten Druckzylin­ derantrieb aufweisen.

In den vergangenen fünf bis zehn Jahren hat sich im Bereich der Antriebs­ technik für Rotationssiebdruckmaschinen ein Wandel vollzogen, der durch den Einsatz individueller Motore zum Positionieren und Antreiben der einzelnen Druckzylinder und damit verbunden dem zunehmenden Einsatz elektronischer Antriebskomponenten gekennzeichnet ist. Zu Be­ ginn dieser Entwicklung wurden solche, insbesondere mit den Druckwer­ ken individuell zugeordneten Schrittmotoren (vgl. EP 0396924 B1 ausge­ statteten Maschinen dieses Typs nur als "top of the line"-Produkte ergän­ zend zu den bekannten, sogenannten "Getriebemaschinen" entwickelt und nach und nach mit verschiedenen elektronischen Zusatzfunktionen versehen, um dem allgemeinen Trend zur Automation Rechnung zu tra­ gen. Allerdings entwickelte sich diese neue individuelle Antriebstechnik schnell zum allgemeinen Standard, so daß heute die rein mechanische Ma­ schine fast vollständig vom Markt verdrängt ist. Auch Druckmaschinen mit geringem Automatisierungsgrad weisen heute diese als "Einzelan­ triebstechnik" bekannt gewordene Technik beinahe schon selbstverständ­ lich auf. Technisch realisiert wird dies durch den Einsatz von Schritt- oder Servomotoren, versehen mit der notwendigen elektronischen Steuerung bzw. Regelung zur Gewährleistung eines ausreichenden Synchronlaufs und entsprechendem Automatisierungsgrad auch unter Einbeziehung zu­ sätzlicher Stellmotoren, Sensoren, Aktoren sowie Bedien- und Kontrolle­ lementen für jeden einzelnen Druckzylinder, welche über unzählige Kabel­ verbindungen mit den in der Regel getrennt aufgestellten, oft meterlang entfernten Schaltanlagen elektrisch verbunden werden müssen. Auch wenn die umfangreiche Ausstattung jeder Druckstation heute die Produk­ tion von zu bedruckendem Material vereinfacht und erleichtert, so sind doch immer noch eine ganze Reihe von praktischen Schwierigkeiten und Nachteilen zu verzeichnen:

Da Druckanlagen der genannten Art in der Regel mit über 10 Druckstatio­ nen ausgestattet sein müssen, ist die Herstellung, die Installation vor Ort und besonders die spätere Wartung sehr aufwendig und schwierig, so daß nur sehr gut ausgebildete Fachleute solche Systeme überblicken, handha­ ben und warten können. Zu den hohen Investitionskosten kommen also für den Betreiber solcher Anlagen auch noch erhebliche Aufwendung für die Installation, die Inbetriebnahme und den laufenden Service durch teu­ re Spezialisten. Dies steht natürlich im Gegensatz zu der durch Konkur­ renz und hohe Kosten stehenden Forderung nach sehr produktiven Investi­ tionsgütern, welche die Produktion zu möglichst geringsten laufenden Kosten bei höchstem Qualitätsstandard und minimalen wartungsbeding­ ten Produktionsstillständen in der Praxis ermöglichen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, Rotationssiebdruckma­ schinen so zu verbessern, daß bei der Installation einer Maschinenanlage, beim Betrieb aufgrund allenfalls nur ganz kurzzeitiger Betriebsunterbre­ chungen sowie bei der Wartung und Produktionsumstellung Kosten ge­ spart werden können und dies ohne teure und lange zu schulende Speziali­ sten.

Die Erfindung ist bei einer Rotationssiebdruckmaschine der eingangs ge­ nannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwerke durch modulare Einzelbaugruppen mit jeweils zugeordne­ tem, auf unterschiedliche Druckprogramme individuell programmierba­ rem Steuermodul verwirklicht sind, der jeweils an einen Datenbus der Druckmaschine in digitalem Netzwerkverbund zum Austausch von Be­ triebsparametern zwischen dem Steuermodul einerseits und der oder den Antriebseinheiten des Förderbands andererseits, sowie den Steuerungs­ modulen untereinander und/oder einem Leitstand anschließbar ist.

Der Erfindung liegt also der Gedanke zugrunde, eine Rotationssiebdruck­ maschine in allen ihren Stationen als nach außen hin autarke, völlig stan­ dardisierte "Sub-Maschinen" zu modularisieren, welche getrennt ent­ wickelt, aufgebaut, produziert, geprüft und gewartet werden können, so daß sämtliche Produktionsvarianten durch unterschiedliches Kombinie­ ren solcher modularen Elemente in beliebiger Weise möglich wird. Durch eine solche auf die einzelnen Druckstationen gerichtete Betrachtungsweise des Problems wird es vor allem möglich, auch für technisch weniger spezi­ alisierte Personen ein komplettes, insgesamt hochkomplexes Drucksy­ stem zur Verfügung zu stellen, daß sich vergleichsweise einfach über­ schauen und bereits während der Herstellung sowie später vor Ort pro­ blemlos handhaben läßt.

Insbesondere kann ein solches Modularsystem auch den einfachen Um­ bau vorhandener Produktionsanlagen mit Rotationssiebdruckmaschinen auf die neue modulare Technik ermöglichen, was im Sinne des weltweiten Trends zur Standardisierung von wachsender Bedeutung ist. Eine im Ver­ gleich zu einer kompletten Neuinvestition wesentlich kostengünstigere Adaption ermöglicht also die effizientere Nutzung bereits vorhandener Ressourcen, Anlagenteile und dergleichen, und die ausschließliche Er­ neuerung prozeßrelevanter Teile einer Anlage wird dadurch erstmals rea­ listisch und kostengünstig möglich.

Vorteilhafterweise sind die Betriebsparameter für die einzelnen Drucksta­ tionen einerseits durch Vorgabewerte in einem Speicher einer CPU inner­ halb des Steuermoduls erzeugbar und andererseits durch ein über den Da­ tenbus und eine Schnittstelle im Steuermodul angeliefertes, vordefinier­ tes Protokoll für ein bestimmtes Druckprogramm festlegbar.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rotationssiebdruck­ maschine wird nachfolgend ohne Einschränkung von dem Fachmann er­ kennbaren Abwandlungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens in Be­ zug auf die Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Rotationssiebdruckmaschine mit einzelnen Druckstationen oder Druckwerken in Zuordnung zu einem typischen Druckmaschinenunterbau mit um zwei Hauptwalzen laufen­ dem Endlosförderband;

Fig. 2 den prinzipiellen Systemaufbau einer einzelnen Sub-Maschine, also der Druckstation mit Druckwalzenantrieb, diversen Sensoren und Aktoren sowie einem druckstationinternen Sub-Netzwerk; und

Fig. 3 die Blockschaltbildstruktur eines erfindungsgemäßen dezen­ tralen Steuermoduls zur Versorgung typischer Komponenten einer Druck­ station, wie Druckwalzenantrieb, Stellantriebe, Sensoren und Aktoren.

Einander entsprechende Bauteile und Baugruppen sind in den Figuren mit den gleichen Bezugshinweisen versehen.

Die Fig. 1 verdeutlicht in vereinfachter Darstellung den typischen Auf­ bau einer Rotationssiebdruckmaschine. Zwischen den auf Abstand ange­ ordneten Hauptwalzen 3 ist ein Endlosförderband 4, oft auch als Druck­ tuch bezeichnet, gespannt, das an einem Ende von einem Hauptantriebs­ motor 1 angetrieben wird. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Konzepts einer modularen Realisierung der einzelnen Druckstationen kommt idea­ lerweise ein Antrieb für das Endlosförderband 4 zur Anwendung, der über eine integrierte digitale Schnittstelle zu einem Netzwerk-Datenbus 10 ver­ fügt. Ein ebenfalls an einer der Hauptwalzen in bekannter Weise vorhan­ dener digitaler Geber 12 erfaßt die Bewegung und Position des Endlosför­ derbands 4.

Die einzelnen Druckwerke, gekennzeichnete durch sequentielle Ord­ nungsnummern "1", "2", . . . "n" verfügen jeweils über dezentrale Steue­ rungsmodule 6, die ebenfalls - wie dargestellt - über eine vielpolige Steck­ verbindung 7 gegebenenfalls auch über andere, zum Beispiel optoelektro­ nische Koppelstrecken mit dem Netzwerk-Datenbus 10 verbunden sind. Gegebenenfalls können auch noch ein oder mehrere Leitstände 11 als zen­ trale Anzeige-, Kontroll- und Bedienungseinheiten für einen Maschinen­ führer sowie eventuell vorgeschaltete oder nachgeschaltete Anlagenteile 8, 9 in den Netzwerk-Datenbus 10 funktionell eingebunden werden.

Die in ihrem Aufbau Identischen dezentralen Steuerungsmodule 6 der ein­ zelnen Druckwerke sind so programmiert, daß durch die Kombination all­ gemein relevanter, über den Netzwerk-Datenbus 10 zur Verfügung gestell­ ter Daten die Anzahl der angeschlossenen Stationen, Geschwindigkeit und Position des Förderbandes 4 usw. zusammen mit von den an den einzelnen Stationen vorhandener Sensoren S und Aktoren A ermittelten unter­ schiedlichen Zustände genau jene spezifische Information über den Netz­ werk-Datenbus 10 zur Verfügung steht, welche für eine bestimmte Druck­ station und für einen einwandfreien Produktionsablauf im Verbund per­ manent benötigt wird.

Hervorzuheben ist das im Gegensatz zu bekannten Lösungen (vgl. EP 0396924 B1) keinerlei zentrale Impulsfrequenzen als Synchronisierungssignal von einem Leitrechner an die einzelnen Druckwerke oder Druckstationen übertragen werden müssen. Aufgrund der Erfindung werden lediglich rei­ ne Binärinformationen innerhalb des Netzwerk-Datenbusses 10 ver­ schlüsselt zwischen den gleichrangigen Steuermodulen 6 ausgetauscht, und zwar nach einem vordefinierten Protokoll, welches sämtliche bereits erwähnten Leitgrößen und Zustände vorgibt. Als Schnittstelle an den ein­ zelnen Steuermodulen zum Netzwerk-Datenbus 10 kann eine bereits be­ kannte und weit verbreitete Standardschnittstelle gewählt werden, bei­ spielsweise die gemäß Standard R5485. Selbstverständlich sind auch an­ dere, jeweils näher zu definierende Schnittstellen-Standards denkbar oder im Einzelfall vorteilhaft.

Fig. 2 zeigt beispielhaft den Aufbau einer einzelnen modularen Drucksta­ tion bestehend aus dem eigentlichen Druckwerk mit dem Druckzylinder Z und diversen, für die Steuerung eines reibungslosen Druckablaufes benö­ tigten Sensoren S, wie zur Erfassung der longitudinalen, transversalen und diagonalen Registerlage des Druckzylinders, der erforderlichen Hö­ henposition des Druckwerks über dem zu bedruckenden Substrat, der Spannung des Druckzylinders sowie der Temperaturerfassung an wichti­ gen Aggregatteilen, und Aktoren A zur automatischen Ausführung der Transversal- und Diagonal- und Höhenbewegung des Druckwerkes sowie beispielsweise zur Ansteuerung von Magnetventilen für die Pneumati­ schen Steuerkreise im Druckwerk, dem Druckzylinderantrieb 2, welcher hier vorzugsweise als Schrittmotor mit integrierter Lageerfassung ausge­ führt ist, sowie dem Steuerungsmodul 6. Der Einsatz anderer, für einen derartigen Betrieb geeigneter Motorarten, wie beispielsweise AC- oder DC- Servomotoren ist ebenfalls denkbar. Ein für eventuelle Erweiterungen vor­ gesehenes SUB Netzwerk 11 ermöglicht die einfache Anbindung weiterer in die Druckstation zu integrierender Zusatzbaugruppen, ohne daß Ein­ griffe in den Hardwareaufbau des Steuerungsmoduls 6 notwendig werden. In der Zeichnung der Fig. 2 sind beispielhaft zwei SUB-Elektronikmodule SEM vorhanden, auf deren Funktion im einzelnen es hier nicht ankommt.

Der Aufbau des Steuerungsmoduls 6 ist in Fig. 3 veranschaulicht. Ein in­ tegrierter Microcomputer CPU steuert mehrere Leistungstreiber für den Druckwalzenantrieb über den Antriebsmotor 2, Stellantriebe und diverse Aktoren. Ein Teil dieser Aktoren bewirkt in Form von Stellantrieben die be­ reits erwähnten, automatischen Bewegungen des Druckwerkes, wobei es sinnvoll ist, durch eine integrierte Positionserfassung die tatsächlich er­ reichte Position unabhängig von möglichen Ungenauigkeiten der Mecha­ nik über geeignete Sensoren rückzuerfassen.

Weiterhin können vom System des Steuerungsmoduls 6 die Zustände an­ geschlossener Sensoren über die Eingänge eines integrierten Data-Aquisi­ tion-Bausteins abgefragt werden. Die für einen erfindungsgemäßen, au­ tarken Betrieb des Steuerungsmoduls 6 erforderliche Software ist in ei­ nem Flash-Speicher enthalten und steht bei Anlegen der Versorgungs­ spannung sofort zur Verfügung. Nur die individuelle Grundprogrammie­ rung für einen bestimmten Druckprozeß sowie späterer eventuell erfor­ derliche Programmänderungen werden über den Netzwerk-Datenbus 10 vorgenommen.

Aus der soweit gegebenen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist für den Fachmann folgendes erkennbar: Der Unterbau einer Rotationssiebdruckmaschine, welche im wesentlichen aus den beiden Hauptwalzen 3 und einem Endlosförderband 4 zum Transport des zu be­ druckenden Materials besteht, mußte bisher sozusagen als "fester Be­ standteil" zusammen mit einer unterschiedlichen Mehrzahl von Drucksta­ tionen produziert werden, um eine gesamte Druckmaschine bereitzustel­ len. Für eine solche ab diesem Zeitpunkt produktionsspezifische Anord­ nung von Druckstationen auf dem Unterbau mußte eine passende Schalt­ anlage gefertigt und vor Ort installiert werden.

Mit der Erfindung ergibt sich nun der Vorteil, daß eine Druckmaschine so strukturiert werden kann, daß eine beliebige Anzahl von Druckstationen in Form von bereits voll funktionsfähigen, autarken Elementen, jedes verse­ hen mit sämtlichen mechanischen, elektrischen und elektronischen Bau­ gruppen durch einfaches "Aufsetzen" auf einen entsprechenden Unter­ bau, welcher nur noch die reine Funktion einer Transporteinheit über­ nimmt, zu einer Druckmaschine kombinierbar ist. Das für den reibungslo­ sen Ablauf des Druckprozesses erforderliche Zusammenspiel der einzel­ nen Druckwerke wird durch die Verbindung der einzelnen Module über ein rein digitales Datennetzwerk gewährleistet, welches später ein schnelles und einfaches Hinzufügen oder Herausnehmen einzelner Druckstationen In kürzester Zeit und ohne spezielle Hilfsmittel zuläßt. Auf eine zentrale, oder auch nur teilweise zentrale Schaltanlagen wie sie heute noch allge­ mein üblich und bekannt ist, kann aufgrund der Erfindung verzichtet wer­ den.

Wie dargelegt, wird eine solche aus einzelnen modularen Druckstationen aufgebaute Anordnung durch hochintegrierte, elektronische Steuerungs­ module, welche auf engstem Raum die Unterbringung der erforderlichen Steuerungsintelligenz, sämtlicher Leistungstreiber für Motoren und Akto­ ren, Versorgungsschaltkreise sowie für die vernetzten, notwendigen, digi­ talen Kommunikationsschnittstellen direkt in der einzelnen Druckstation als deren fester Bestandteil ermöglicht. Durch eine solche, vollkommen dezentralisierte Anordnung, bei der die einzelnen Druckstationen nur noch durch Anschluß von Stromversorgung und Netzwerk-Datenbus zu ei­ ner für die Druckproduktion geeigneten Kette verbunden werden, können verschiedenste Varianten einer Druckstraße verwirklicht werden, ohne die Herstellung projektspezifischer Baugruppen. Daraus ergeben sich vor allem folgende Vorteile:

• - Ein bei Kunden häufig vorhandener Unterbau wird durch einfa­ che Bestückung mit den erfindungsgemäßen, individuellen Druck­ stationen zur spezifischen Druckmaschine, die später eventuell ver­ änderten Produktionserfordernissen schnell und leicht angepaßt werden kann.
• - Sämtliche für den Betrieb einer einzelnen Druckstation erfor­ derlichen Elemente sind aufgrund der vollkommen dezentralen Struktur redundant vorhanden, d. h. im Störfall kann ein Fehler nur eine bestimmte Druckstation, niemals aber die gesamte Druckma­ schine zum Ausfall bringen. Ein Totalstillstand, wie er zum Beispiel im Falle des Ausfalls eines Leitrechners in bekannten Druckeinrich­ tungen die Folge ist, wird mit der Erfindung ausgeschlossen.
• - Einzelne Druckstationen können für Servicezwecke oder Repa­ raturarbeiten leicht aus der Gesamtanordnung herausgenommen und an einem von den Produktionserfordernissen getrennten Ort durchgeführt werden, ohne die gesamte Druckmaschine außer Be­ trieb nehmen zu müssen. Für solche Fälle wird es zweckmäßig, aber auch möglich sein, eine oder mehrere "Reservestationen" bereitzu­ halten, die in kürzester Zeit eingesetzt und durch raschen digitalen Datenaustausch auf den jeweiligen Druckprozeß eingestellt werden können.

Claims (3)

1. Rotationssiebdruckmaschine mit einem zwischen zwei auf Abstand voneinander gelagerten Hauptwalzen (3), von denen eine durch einen Hauptantriebsmotor (1) angetrieben wird, einem zwischen den Hauptwal­ zen gespannten Endlosförderband (4) und mit einer Mehrzahl von im Ver­ lauf des Förderbands aufeinanderfolgend angeordneten Druckwerken, die jeweils einen Druckzylinder (Z) und einen diesem zugeordneten Druckzy­ linderantrieb (2) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwer­ ke durch modulare Einzelbaugruppen mit jeweils zugeordnetem, auf un­ terschiedliche Druckprogramme individuell programmierbarem Steue­ rungsmodul (6) verwirklicht sind, der jeweils an einen Netzwerk-Datenbus (10) der Druckmaschine in digitalem Netzwerkverbund zum Austausch von Betriebsparameter-Daten zwischen dem Steuerungsmodul (6) einer­ seits und der oder den Antriebseinheiten des Förderbands andererseits sowie den Steuerungsmodulen untereinander und/oder einem Leitstand (11) anschließbar ist.

2. Rotationssiebdruckmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betriebsparameter einerseits durch Vorgabewerte im Speicher einer CPU innerhalb des Steuerungsmoduls (6) und andererseits durch ein über den Netzwerk-Datenbus (10) und eine Schnittstelle im Steuerungsmodul angeliefertes Protokoll für ein bestimmtes Druckpro­ gramm festgelegt sind.

3. Rotationssiebdruckmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an jedem Druckwerk mindestens ein Sensor (S) zur Posi­ tionserfassung, mindestens ein Aktor (A) zur Positionskorrektur und zu­ geordneter Positionserfassung sowie antriebsseitig ein Winkelstellungs­ geber (G) vorhanden sind, deren Signale als Eingangsignale in den Steue­ rungsmodul (6) gelangen.