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Die
Erfindung betrifft die Elimination von Lose-Effekten in Druckmaschinen
mit Hilfe verspannter Antriebe.
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Bei
Druckmaschinen stellt sich verstärkt
das Problem, das in dem in der Regel einer Druckmaschine zugrundeliegenden
Walzensystem starke Lose-Effekte auftreten, welche unerwünscht sind.
Solche Lose-Effekte, die sich z.B. im Laufe der Betriebszeit in
Form eines Spieles zwischen den einzelnen Walzen eines Walzensystems
oder zwischen den Zahnrädern
eines angeschlossenen Getriebes einstellen, kommt es gerade in Kippunkten
zu einem hystereseartigen Verlauf der Maschinenachsen. Dies hat
ein Abweichen der tatsächlichen
Drehzahl-Istwerte
von den Drehzahl-Sollwerten zur Folge. Aufgrund der erforderlichen
hohen Genauigkeit bei Druckmaschinen (z.B. bei Offset-Bogendruckmaschinen
müssen
mehrere Strukturen unterschiedlicher Farbe positionsgenau übereinander
gedruckt werden) ist man bestrebt, aufgrund von Lose-Effekten auftretende
Druckungenauigkeiten zu vermeiden.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 42 28 506 A1 ist ein Verfahren und Antrieb
für eine Druckmaschine
mit mehreren Druckwerken bekannt. Beim Einsatz von Mehrfachgetrieben
ist dabei sicherzustellen, daß im
Räderzug
ein konstanter Leistungsfluss herrscht. Sobald sich nämlich die
Richtung des Leistungsflusses ändert,
kommt es zu Zahnflankenwechseln, die zu unkontrollierbaren Verspannungen der
als elastisch anzusehenden Zahnräder
führen. Dieses
Problem wird dadurch gelöst,
daß ein
erster Antriebsmotor einen Leistungsüberschuß in den Räderzug einspeist, der so bemessen
ist, daß eine
konstante Richtung des Leistungsflusses in dem Räderzug sichergestellt ist,
und ein letzter Antriebsmotor diesen Leistungsüberschuß kompensiert.
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Herkömmlicherweise
wurde dieses Problem der Lose-Effekte beispielsweise durch das Vorsehen einer
sogenannten Königswelle
für die
am Offset-Druckvorgang beteiligten Druckwerke teilweise verringert.
Eine andere bekannte Möglichkeit,
Lose-Effekte zu
verringern, besteht darin, daß ein
Räderzug
im Druckwerk zum Antrieb aller Walzen vom Transferter bis zum Farbwerk
vorgesehen ist.
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Beide
Varianten können
das Problem der Lose-Effekte jedoch nur verringern und haben zur
Folge, daß erhebliche
zusätzliche
Kosten aufgrund der damit verbundenen erforderlichen Präzisionsmechanik
des Druckwerks entstehen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die genannten Lose-Effekte
in Druckmaschinen auf eine Art und Weise zu eliminieren, daß der Einsatz
von Präzisionsmechanik
im Druckwerk reduziert werden kann und so die Herstellungskosten
reduziert werden können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe durch die Verwendung von elektrisch
gegenseitig verspannten Antrieben zur Elimination von Lose-Effekten
bei mit einem Walzensystem ausgestatteten Druckmaschinen gelöst.
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Eine
erste vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die elektrische
gegenseitige Verspannung der Antriebe lediglich im normalen Arbeitsbetrieb
der Druckmaschine wirksam ist, während
die Verspannung zum schnellen Beschleunigen oder zum schnellen Abbremsen
des Walzensystems aufgehoben wird und die Antriebsleistung der Antriebe
voll ausgenutzt wird.
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Dadurch
wird erreicht, daß die
Druckmaschine mit maximaler Dynamik betrieben werden kann. Auch
ist so gewährleistet,
daß ein
Stillsetzvorgang im Notfall ebenfalls mit maximaler Leistung erfolgen kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß eine
Drehzahlregelung der elektrisch gegenseitig verspannten Antriebe
als Schwerpunkts- und Differenzregelung konfigurierbar ist.
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Eine
alternative vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß eine
Drehzahlregelung der elektrisch gegenseitig verspannten Antriebe
als Einzelantriebsregelung mit Lastaufteilung konfigurierbar ist.
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Besonders
vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung auch bei Bogendruckmaschinen
anwendbar.
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Analog
dazu wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch eine Druckmaschine
mit durch elektrisch gegenseitig verspannte Antriebe angetriebenem
Walzensystem zur Elimination von Lose-Effekten dieses Walzensystems
gelöst.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Druckmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die elektrische gegenseitige Verspannung der Antriebe
lediglich im normalen Arbeitsbetrieb der Druckmaschine aktivierbar,
während
die Verspannung zum schnellen Beschleunigen oder zum schnellen Abbremsen
des Walzensystemes deaktivierbar ist und so die Antriebsleistung
der Antriebe voll nutzbar ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Druckmaschine besitzt zur
Drehzahlregelung der elektrisch gegenseitig verspannten Antriebe
eine Schwerpunkt- und Differenzregelung.
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In
einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Druckmaschine
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Drehzahlregelung der elektrisch gegenseitig verspannten
Antriebe über
eine Einzelantriebsregelung mit Lastaufteilung erreichbar.
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Besonders
vorteilhaft kann eine solche Druckmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung als
Bogendruckmaschine ausgestaltet sein.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
anhand der folgenden Schilderung von vorteilhaften Ausführungsbeispielen
und im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
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1 Schema
einer Druckmaschine mit Walzensystem, welches mittels elektrisch
gegeneinander verspannter Antriebe angetrieben wird,
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2 beispielhafte
Verspannkennlinien für die
Antriebe 1 und 2 aus 1,
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3 Blockschaltbild
zum Bedämpfen
der Differenzdrehzahl zwischen den Antrieben,
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4 Blockschaltbild
zur Bedämpfung
der elastisch angekoppelten Last und
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5 Blockschaltbild
einer Einzelantriebsregelung mit Lastaufteilung.
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In
der Darstellung gemäß 1 ist
schematisch eine Druckmaschine mit einem Walzensystem W, welches
beispielhaft aus drei Walzen besteht, gezeigt, welche über zwei
Getriebe G1 und G2 angetrieben werden, wobei die Getriebe G1 und
G2 durch elektrisch gegeneinander verkoppelte Antriebe A1 und A2
angetrieben werden. Auf diese Weise können die zwischen den einzelnen
Walzen W, zwischen einer Walze und ein Getriebe G1 oder G2 sowie
die innerhalb eines Getriebes G1 oder G2 vorhandenen Lose-Effekte
eliminiert werden.
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In
der Darstellung gemäß 2 sind
mögliche
Verspannkennlinien für
die in der Darstellung gemäß 1 gezeigten
Antriebe A1 und A2 gezeigt. Die Kennlinie für den Antrieb A1 ist in Form
einer durchgehenden Kurve, die Verspannkennlinie des Antriebes A2
in Form einer unterbrochen dargestellten Kurve in einem Koordinatensystem
aufgetragen, dessen Abszisse des Gesamtdrehmoment MW ges des Walzensystemes beschreibt und dessen
Ordinate das Moment des jeweiligen Antriebes MW 1 bzw. MW 2 beschreibt. Der dabei entstehende Verlauf
der Verspannungskennlinien VA1 und VA2 beschreibt in Gesamtbetrachtung einen
hystereseartigen Verlauf. Da – wie
bereits eingangs geschildert – aufgrund
der Lose-Effekte der Drehzahlverlauf ebenfalls hystereseartig erfolgt,
läßt sich
so eine Kompensation der Lose-Effekte herbeiführen.
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Die
Verspannung der Antriebssysteme (unter Antrieb kann sowohl ein einzelner
Antrieb als auch eine Antriebsgruppe verstanden werden) erfolgt – wie aus
der Darstellung gemäß 2 ersichtlich – derart,
daß sie
nur im normalen Betrieb wirksam ist. Bei einem Notfall (Stillsetzen
erforderlich etc.) oder zum schnellen Beschleunigen steht daher
die volle installierte Antriebsleistung zur Verfügung, da die einzelnen Antriebe
A1 und A2 durch das Auflösen
der elektrischen gegenseitigen Verspannung in die gleiche Richtung
wirken und somit das durch die Antriebe verfügbare maximale Drehmoment nutzbar
ist.
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In
den Darstellungen gemäß den 3 und 4 ist
eine erste vorteilhafte Möglichkeit
zur Drehzahlregelung der elektrisch gegeneinander verspannten Antriebe
gezeigt, wobei der Einfachheit halber ebenfalls von zwei Antrieben
A1 und A2 ausgegangen wird. Die Darstellung gemäß 3 zeigt dabei
ein Blockschaltbild zum Bedämpfen
der Differenzdrehzahl zwischen den Antrieben A1 und A2, welches
durch senkrechtverlaufende unterbrochene Linien in einzelne Stufen
aufgeteilt ist. In einer ersten Stufe 1 wird der Ausgang
eines nicht gezeigten Drehzahlreglers an die Regelungsanordnung
gemäß der Darstellung
nach 3 geführt
und einer weiteren Stufe 2, hier einer Stufe zur elektrischen
Verspannung, zugeleitet. Dabei ist im oberen Zweig die Verspannung
für den
Antrieb A1, im unteren Zweig die Verspannung für den Antrieb A2 gezeigt. Die
elektrische Verspannung erfolgt in Anlehnung an die in der Darstellung
gemäß 2 gezeigte
Verspannungskennlinie, welche in Form eines Kreises jeweils für den entsprechenden
Antrieb durch die Darstellung der zugehörigen Verspannungskennlinie
VA1 bzw. VA2 veranschaulicht
ist. Die so gebildeten Ausgangswerte werden einer weiteren Stufe 3 zugeleitet,
welche jeweils für
jeden Antrieb den Stromregelkreis bereitstellt. Ausgangsseitig stehen
die Ansteuersignale für die
in der darauffolgenden Stufe 4 gezeigten Antriebe A1 bzw.
A2 bereit. Diese in der Stufe 4 gezeigten Antriebe sind
jeweils mit einem Tachometer zur Bestimmung der tatsächlichen
Drehzahl versehen.
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In
einer weiteren Stufe 5 erfolgt eine Differenzdrehzahlbedämpfung,
indem die Differenz der über
den jeweiligen Tachometer der Antriebe A1 bzw. A2 ermittelten Drehzahlen
gebildet wird und diese Differenz über einen entsprechenden Regelkreis
und eine entsprechende Kennlinie auf den Eingang des jeweiligen
Stromreglers in der Stufe 3 zurückgeführt wird.
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In
dem in der Darstellung gemäß 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel
wird die Differenzdrehzahl ermittelt, indem die vom Antriebssystem
A2 mit Hilfe des Tachos ermittelte Drehzahl von der für den Antrieb
A1 ermittelten Drehzahl abgezogen wird. Dementsprechend wird die
so ermittelte Differenz der Drehzahl auf den Stromregler für den Antrieb
A2 positiv und auf den Stromregler für den Antrieb A1 negativ als
Regelgröße zurückgeführt.
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In
der Darstellung gemäß der 4 ist
ein weiteres Blockschaltbild gezeigt, welches die Regelungsmaßnahmen
zur Bedämpfung
der elastisch angekoppelten Last in Form des Walzensystemes W darstellt.
Das im vorangehenden beschriebene Blockschaltbild der Darstellung
gemäß 3 ist
in das Blockschaltbild gemäß der Darstellung
nach 4 in Form der mit 6 bezeichneten Teilstruktur
einbezogen. Dieser ist der in der Darstellung gemäß 3 nicht
gezeigte Drehzahlregler 7 vorgeschaltet, welcher eingangsseitig
durch die Differenz aus einem Lage-Sollwert als Führungsgröße und einem
rückgeführten Lage-Istwert
angesteuert wird.
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Auf
die der Regelungsstruktur zur Bedämpfung der Differenzdrehzahl
zwischen den Antrieben A1 und A2 entsprechenden Re gelungsteilstruktur 6 folgend
ist die gesamte Drehmasse 8 der Antriebe A1 und A2 gezeigt.
Desweiteren sind die Drehmasse der Antriebslast, im vorliegenden
Fall gemäß der Darstellung
nach 1 das Walzensystem W und die entsprechenden Getriebe
G1 und G2, gezeigt, welche mit 10 bezeichnet ist. Die Elastizität zwischen
den gezeigten Drehmassen 8 und 10 ist in Form
einer Feder 9 veranschaulicht. Dies entspricht einer Vereinfachung
für das
vorliegende Ausführungsbeispiel,
da so lediglich die Elastizität
zwischen den Antrieben und dem Gesamtsystem aus Walzen W und Getrieben
G1 und G2 berücksichtigt
wird. Darüber
hinaus können
selbstverständlich
auch weitere Elastizitäten, z.B.
zwischen einzelnen Walzen W bzw. zwischen Walzen und den Getrieben
G1 bzw. G2, berücksichtigt
werden.
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Über je einen
Regelkreis 11, wovon einer mit der Drehzahl der Drehmasse 8,
der andere mit der Drehzahl der Drehmasse 10 beaufschlagt
ist, erfolgt durch eine Differenzbildung der Ausgangssignale und
eine anschließende
Verstärkung
mittels einer entsprechenden Verstärkungskennlinie eine Rückführung dieser
so ermittelten Drehzahldifferenz auf den Eingang der Regelungsteilstruktur 6,
wie sie detailiert in der Darstellung gemäß 3 gezeigt
ist. Auf diese Weise erfolgt eine zusätzliche Drehzahlglättung.
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Durch
die so erhaltene Drehzahlregelung in Form einer Schwerpunkts- und
Differenzregelung wird eine schärfere
Regelung des Walzensystemes W erreicht, da die Elastomechanik von
Gesamt- und Differenz-Regelung bei dieser Regelungsstruktur gemäß den Darstellungen
nach 3 und 4 voneinander entkoppelt ist.
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In
der Darstellung gemäß 5 ist
eine alternative Ausgestaltung für
eine Drehzahlregelung einer Druckmaschine mit elektrisch gegeneinander verspannten
Antrieben zum Antrieb eines Walzensystemes W gezeigt. Es handelt
sich dabei um eine Einzelantriebsregelung mit Lastaufteilung, welche
in der Darstellung gemäß 5 wiederum
beispielshaft für
zwei Antriebe A1 und A2 gezeigt ist, wovon einer als Master-Antrieb,
der andere als Slave-Antrieb fungiert. Eingangsseitig ist ein Lage-Sollwert 20 an
die in der Darstellung gemäß 5 gezeigte
Regelungsstruktur geführt.
Von diesem wird ein rückgeführter Lage-Istwert φMASTER abgezogen und die Differenz über eine
entsprechende Gewichtungskennlinie einem ersten Lageregler 22 zugeführt. Dessen
Ausgangssignal entspricht einem Drehzahlsollwert, von welchem wiederum
ein entsprechend vorliegender Drehzahlistwert abgezogen wird und
die Differenz einem weiteren Regler 23, einem Drehzahlregler,
welcher vorzugsweise als PI-Regler ausgeprägt ist, zugeführt wird.
Dieser stellt ausgangssseitig einen Stromsollwert bereit, welcher
einem weiteren Stromregelkreis 24 zugeführt wird, der ausgangsseitig
den Stromwert zur Ansteuerung eines Master-Antriebes 25 liefert.
Von diesem Master-Antrieb 25 wird dessen Istdrehzahl auf
den Eingang des Drehzahlreglers 23 negativ zurückgeführt. Aus
dem gewonnenen Drehzahlistwert wird über ein Integrator 26 die
tatsächliche
Lage φMASTER ermittelt, welche als Regelgröße auf den
Lagesollwert 20 zurückgeführt wird.
Die Elastizität
zwischen einem Master-Antrieb 25 und einem Slave-Antrieb 33 ist
in der Darstellung der Regelungsstruktur gemäß der 5 in Form
einer veranschaulichenden Feder 34 dargestellt. Diesem
Slave-Antrieb 33 ist ebenfalls ein Stromregelkreis 31 sowie
vor letzteren ein Drehzahlregler 30 vorgeschaltet. Diese
be sitzen den gleichen Aufbau wie die Elemente 23 und 24.
Ausgangseitig am Slave-Antrieb 33 wird ebenfalls ein Drehzahlistwert
dieses Slave-Antriebes ermittelt und auf den Eingang des Drehzahlreglers 30 zurückgeführt. Aus
dem Drehzahlistwert des Slaw-Antriebes 33 wird durch einen
Integrator 32 ein tatsächlicher
Lageistwert φSLAVE ermittelt. Aus dem ausgangsseitig bereitgestellten
Stromsollwert des Drehzahlreglers 23 für den Master-Antrieb und dem
ebenfalls ausgangsseitig bereitgestellten Stromsollwert des Drehzahlreglers 30 für den Slave-Antrieb wird eine
Differenz gebildet, welche einem weiteren Regelglied 27 mit
nachgeschaltetem Proportionalglied 28 zugeführt wird.
Dieser Differenzwert wird zum einen negativ auf den Eingang des
Lagereglers 22 für
den Master-Antrieb zurückgeführt.
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Desweiteren
wird dieser Differenzwert, welcher ausgangsseitig am Proportionalglied 28 bereitsteht,
einem weiteren Lageregler 29 für den Slave-Antrieb positiv
aufgeschaltet. Letzterer stellt ausgangsseitig Drehzahlsollwerte
bereit, von welchen die am Slave-Antrieb 33 ermittelten
Drehzahlistwerte abgezogen werden, woduch eine Differenzdrehzahl entsteht,
welche zur Ansteuerung des Drehzahlreglers 30 dient. Die
so erhaltene Einzelantriebsregelung mit Lastaufteilung besitzt gegenüber der
in den 3 und 4 gezeigten Schwerpunkts- und
Differenzregelung den Vorteil, daß sie vom Sicherheitskonzept
und Redundanz-Konzept günstiger
ist.