DE4210989C2

DE4210989C2 - Mehrfachantrieb für eine Bogenrotationsdruckmaschine

Info

Publication number: DE4210989C2
Application number: DE4210989A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kipphan; Uwe Tessmann
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1992-04-02
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2012-04-03
Also published as: US5377585A; DE4210989A1; GB2265570A; GB2265570B; GB9305901D0

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrfachantrieb für eine Bogenrotationsdruckmaschine, bei dem Antriebsräder in Reihe angeordneter Druckwerke über einen geschlossenen, die Druckwerke untereinander sowie eventuell mit einem Anleger und einem Ausleger verbindenden Räderzug mit zwei leistungsverzweigenden, in gegenseitiger Abhängigkeit geregelten Krafteingabestellen elektromotorisch angetrieben werden.

In der DE 23 54 541 C3 ist ein solcher Mehrfachantrieb für eine in Reihenbauweise aus einer Anzahl von Druckwerken zusammengesetzten Mehrfarbendruckmaschine beschrieben. Zur Erzielung einer stets gleichbleibenden Zahnflankenanlage in dem Räderzug wird ein definierter Leistungsfluß, von einem einzigen Antriebsmotor ausgehend, dadurch erreicht, daß die beiden Getriebeglieder an den beiden Krafteingabestellen von einer axial verschiebbar gelagerten und in Verschieberichtung durch eine Feder belasteten Antriebswelle durchsetzt werden, auf die der Antriebsmotor das Antriebsdrehmoment überträgt, durch die aber an jeder der beiden Krafteingabestellen nur ein Teil der Leistung eingespeist wird, so daß eine Überbestimmung des Antriebes vermieden wird. Nach der DE 23 40 263 C3 können auch andere Getriebeglieder zwischen den beiden Krafteingabestellen verschiebbar angeordnete Lager aufweisen und zum Beispiel hydraulisch gegeneinander verspannt sein. Eine Verbesserung der Wirkung solcher Maßnahmen zur Erzielung eines definierten Leistungsflusses in stets gleicher Richtung wird bei einer Anordnung nach der DE 23 34 177 C3 durch eine Überlagerung der Mittel zur Leistungseinspeisung mit einer in einem Nebenleistungskreis angeordneten Schlupfkupplung angestrebt. Solche bekannten Anordnungen funktionieren nur bei einmotorigen Antrieben und nehmen hohe Belastungswerte in Teilen des Maschinenantriebes in Kauf.

Praktische Anwendung finden auch sogenannte Folgeantriebe, bei denen die benötigte Antriebsleistung überwiegend von einem Elektromotor eingespeist wird und meistens ein zweiter Elektromotor oder weitere folgende Elektromotoren einen geringen Beitrag zu der benötigten Antriebsleistung liefern. Hierdurch kann zwar auch bei Leistungsaufnahmeschwankungen ein stabiler Leistungsfluß vom Hauptmotor über den bzw. die Nebenmotoren hinweg ermöglicht werden, aber das lokale Leistungsniveau ist im Bereich des Hauptmotors immer noch relativ hoch.

Daneben sind hydraulische Antriebe, Hybridantriebe und andere Lösungen mit einem oder mit mehreren Antriebsmotoren bekannt, um einen definierten Leistungsfluß in stets gleicher Richtung auch bei stärkeren Schwankungen in der Leistungsaufnahme zu erreichen, wobei der bauliche Aufwand jedoch wesentlich höher liegt als bei den zuvor genannten Anordnungen.

In DD 245 167 A1 ist eine Bogenrotationsdruckmaschine mit mehreren Druckwerken beschrieben, wobei jedem der Druckwerke zu deren Antrieb jeweils ein Elektromotor zugeordnet ist. Mit dem Elektromotor am ersten Druckwerk wird die doppelte Druckwerksleistung gegenüber jedem weiteren vorhandenen Druckwerk zugeführt. Diese starre Leistungsaufteilung erlaubt keine Anpassung der Antriebsleistung an schwankende Lastverhältnisse.

Bei einem Antriebssystem nach US 3,434,025 wird eine Last durch zwei geregelte Elektromotoren angetrieben. Die Elektromotoren werden so angetrieben, dass Sie an ein und dasselbe Zahnrad identische Drehmomente aber mit entgegengesetztem Vorzeichen einspeisen. Ein solches auf Bewegungsumkehr ausgelegtes Antriebssystem ist wegen dem zu erwartenden Zahnradspiel nicht ohne Nachteile bei Druckmaschinen anwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen optimierten Antrieb für eine Druckmaschine für den Mehrfarbendruck und mit entsprechend großer Anzahl von Druckwerken mittels zwei Elektromotoren annähernd gleicher Leistung zu schaffen, die mit wirtschaftlichen Mitteln auch bei hohen Leistungsschwankungen auf einen definierten Leistungsfluß regelbar sind.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Mehrfachantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 mit Ausbildungsmerkmalen nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Bei einer solchen Anordnung speisen zwei etwa gleich starke elektrische Antriebsmotoren einen Teil ihrer abgehenden Gesamtleistung in das zwischen diesen beiden Motoren liegende Druckwerk ein, so daß dieses als Leistungssenke für beide Motoren gleichermaßen wirksam ist. Das Verhältnis der von den beiden Motoren in den Maschinenantrieb einzuspeisenden Leistungsbeträge wird innerhalb eines Regelkreises aus den in das zwischen den beiden Motoren befindliche Druckwerk eingespeisten Leistungen bestimmt. Dazu kann das von den beiden Motoren auf das zwischen ihnen liegende Druckwerk übertragene Drehmoment permanent gemessen und als Regelgröße für die Leistungssteuerung beider Antriebsmotoren umgesetzt werden. Die Regelgröße ergibt sich aus dem Quotienten der Differenz und der Summe der von beiden Motoren in das zwischen ihnen liegende Druckwerk eingespeisten Leistungsbeträge und ist als relativ weiches Regelkriterium anzusehen, welches permanente Stellmanöver in der Leistungsregelung vermeidet.

Vorteilhaft ist die erhebliche Reduzierung der Belastungswerte in Bauteilen des Maschinenantriebes gegenüber herkömmlichen Einmotorenantrieben und sogenannten Folgeantrieben mit einem Hauptmotor und einem oder mehreren Nebenmotoren, die in der Leistung wesentlich kleiner ausgelegt sind. Der bauliche Aufwand für die Realisierung des Erfindungsgedankens ist relativ gering.

Nach einem besonderen Gedanken zur Ausgestaltung der Erfindung ist für die Ermittlung der Regelgröße bei einem üblichen Maschinenantrieb mit einem Zahnrädergetriebe zwischen den beiden Antriebsmotoren innerhalb eines über alle Druckwerke und gegebenenfalls auch einem Anleger und einem Ausleger durchgehenden Räderzuges vorgesehen, daß dieses Zahnrädergetriebe mindestens drei ineinandergreifende, schrägverzahnte Stirnräder mit zueinander parallelen Achsen aufweist und der Drehmomentsensor aus wenigstens zwei Paaren von am Gestell festen Distanzsensoren besteht, die auf eine Planfläche je eines der schrägverzahnten, Leistung von einem der Motoren auf das mittlere Druckwerk übertragenden Stirnrades gerichtet sind und mit einer Auswerteschaltung in Verbindung stehen. Eine solche Anordnung ermöglicht über eine Messung der Verformungen einer Welle bzw. eines Zahnrades die Ermittlung des Drehmoments. Durch die Schrägverzahnung der Stirnräder treten am Umfang der Stirnräder neben tangentialen Umfangskräften auch Kräfte in Achsrichtung des Meßzahnrades auf. Diese Axialkräfte bewirken eine Biegung der Welle und des Zahnrades. Über die Messung der Durchbiegung ermittelt die Auswerteeinrichtung auf elektronischem Wege das augenblicklich übertragene Drehmoment.

Hinsichtlich einer optimalen Meßwertgewinnung aus der Zahnradverformung und aus der Wellenverformung ist es vorteilhaft, wenn ein erstes Paar Distanzsensoren auf einer Geraden angeordnet ist, die senkrecht zu den parallelen Achsen der schrägverzahnten Stirnräder liegt und die durch die Durchstoßpunkte der Achsen des Meßzahnrades und des jeweiligen, benachbarten Zahnrades mit besagter Ebene verläuft. Das zweite Paar Distanzsensoren sollte dann auf einer Geraden angeordnet sein, die ebenfalls senkrecht zu den parallelen Achsen liegt und die durch den Durchstoßpunkt der Achse des Meßzahnrades mit der besagten Ebene verläuft und die die Symmetrieachse für das erste Paar bildet. Eine solche Anordnung wird im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Schema einer Mehrfarbendruckmaschine,

Fig. 2 ein die Leistungsverzweigung erläuterndes Sankey-Diagramm,

Fig. 3 die Leistungseinspeisung in ein Druckwerk zwischen den beiden Antriebsmotoren,

Fig. 4 ein Regeldiagramm zur Leistungsregelung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Zahnrädergetriebes zwischen den beiden Antriebsmotoren und einem dazwischenliegenden Druckwerk,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Darstellung in Fig. 5 und

Fig. 7 ein Schema zur Leistungsregelung über die Drehmomentmessung.

Das Schema in der Fig. 1 zeigt eine in Reihenbauweise aus mehreren Druckwerken 1, einem Anleger 2 und einem Ausleger 3 erstellten Mehrfarbendruckmaschine für den Bogenrotationsdruck. Die Druckwerke 1 und gegebenenfalls auch der Anleger 2 und der Ausleger 3 werden durch einen auf der Zeichnung nicht dargestellten, geschlossenen Räderzug aus ineinandergreifenden Zahnrädern angetrieben. Dieser Antrieb erfolgt erfindungsgemäß durch zwei in der Leistung regelbare Elektromotoren 4 und 5, die jeweils eines von zwei Druckwerken 1.1 und 1.2 antreiben, zwischen denen ein weiteres Druckwerk 1.3 angeordnet ist. Die Größe beider Motoren ist auf eine etwa gleiche Leistung ausgelegt. Beide Motoren 4 und 5 speisen Leistung in ein zwischen den Motoren gelegenes Druckwerk 1.3 ein. Das Verhältnis der von beiden Motoren 4 und 5 in den Maschinenantrieb einzuspeisenden Leistungsbeträge wird innerhalb eines Regelkreises aus den Leistungen P1 und P2 (Fig. 3) bestimmt, die die Motoren in das zwischen ihnen befindliche Druckwerk 1.3 einspeisen. Beide Leistungsanteile P1 und P2 ergeben die Antriebsleistung P3 des mittleren Druckwerks und sind stets größer als 0, so daß sich die Regelgröße W aus dem Quotienten von P1 minus P2 und der auf das mittlere Druckwerk 1.3 übertragenen Gesamtleistung P1 plus P2 ergibt. Die Leistungsanteile beider Elektromotoren 4 und 5 sind entsprechend der Darstellung in dem Sankey-Diagramm gemäß Schaubild im unteren Teil der Fig. 2 etwa gleich groß. Die Leistungsverzweigung erfolgt nach beiden Seiten, jedoch wird ein Teil der Leistung auf das zwischen den beiden durch die Elektromotoren 4 und 5 angetriebenen Druckwerke 1.1 und 1.2 liegende Druckwerk 1.3 übertragen. Aus der Gegenüberstellung mit der Leistungsverzweigung eines Einmotorenantriebes, wie sie aus dem Schaubild im oberen Teil der Fig. 2 hervorgeht, ergeben sich wesentlich verringerte Belastungen der Maschinenteile des Antriebs.

In der praktischen Ausführung wird die von den beiden Elektromotoren 4 und 5 in das zwischen ihnen liegende Druckwerk 1.3 eingespeiste Leistung durch ein Meßglied 6 gemessen und in elektronische Rechengrößen umgewandelt, die einem Rechenglied 7 zugeführt werden, welches die Regelgröße W produziert, die auf einen Regler 8 Einfluß nimmt, welcher Stellglieder 9 für die Antriebsleistung der Elektromotoren 4, 5 steuert.

Bei der bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Leistungsmessung durch Distanzsensoren 6.1 und 6.2, von denen je einer nahe dem Fußkreisdurchmesser auf eine Planfläche eines Zahnrades 10 und 11 gerichtet ist, wobei das eine Zahnrad 10 von dem Elektromotor 4 und das andere Zahnrad 11 von dem Elektromotor 5 angetrieben wird. Beide Zahnräder 10 und 11 greifen mit einer Schrägverzahnung 12 in die Verzahnung eines dritten Zahnrades 13 ein, welches dem Antrieb des mittleren Druckwerkes 1.3 zugeordnet ist. Über das Zahnrad 10 wird das Druckwerk 1.1 und über das Zahnrad 11 das Druckwerk 1.2 angetrieben. Die Achsen 14 der Wellen dieser Zahnräder 10, 11, 13 sind zueinander parallel verlaufend angeordnet. Die Größe der durch die Schrägverzahnung bei der Leistungsübertragung auftretenden Axialkräfte werden an den Zahnrädern 10 und 11 durch die beiden Distanzsensoren 6.1 und 6.2 ertastet und bei dem gewählten Ausführungsbeispiel durch Oszillatoren 15 und 16 in elektrische Größen umgewandelt, die einer Auswerteschaltung in dem Rechenglied 7 zugeführt werden. Das Rechenglied 7 produziert entsprechende Regelwerte W, die in dem Regler 8 Steuergrößen für die die Leistung der Antriebsmotoren 4 und 5 regelnden Stellglieder produziert. Als Distanzsensoren 6.1 und 6.2 sind vorzugsweise berührungslose, hochgenaue und hochauflösende Sensoren bevorzugt, insbesondere induktive Geber, Wirbelstromgeber oder Lasertriangulationssensoren, insbesondere solche, die von Fachfirmen auf dem Markt angeboten werden. Zur Ermittlung von Absolutwerten des Drehmoments ist eine Kalibrierung erforderlich. Fehler im Planlauf der Planflächen an den Zahnrädern 10 und 11 können innerhalb der Auswerteschaltung des Meßgliedes 6 durch phasenrichtige Verknüpfung der Meßwerte eliminiert werden. Alternativ zu der systematischen Funktionsbeschreibung können Distanzsensoren 6.1 bzw. 6.2 auch paarweise jeweils auf sich gegenüberliegenden Seiten der Zahnräder 10 und 11 angeordnet sein, um die Empfindlichkeit der Meßanordnung durch vorzeichenrichtige Verknüpfung der einzelnen Meßsignale und durch eine geeignete Integrationsschaltung der beiden sich jeweils gegenüberliegenden Sensoren 6.1 6.2 zu erhöhen. Die Nullwerteinstellung der Meßanordnung kann bei stillstehendem, entlastetem Zahnrädergetriebe in beliebiger Drehwinkelstellung der Meßzahnräder 10 und 11 erfolgen, um dadurch auch eine langzeitstabile Absolutwertmessung zu gewährleisten.

Claims

1. Mehrfachantrieb für eine Bogenrotationsdruckmaschine, bei dem Antriebsräder in Reihe angeordneter Druckwerke über einen geschlossenen, die Druckwerke untereinander sowie eventuell mit einem Anleger und einem Ausleger verbindenden Räderzug mit zwei Leistungsverzweigenden, in gegenseitiger Abhängigkeit geregelten Krafteingabestellen elektromotorisch angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektromotoren (4, 5) mit annähernd gleicher Leistung je eines von zwei Druckwerken (1,1, 1,2) antreiben, zwischen denen ein weiteres Druckwerk (1.3) angeordnet ist, wobei die in der Richtung gleichbleibenden Leistungsflüsse der aufgeteilten und in gegenseitiger Abhängigkeit geregelten Antriebsleisungen (P1, P2) beider Elektromotoren (4, 5) in dem zwischen den beiden angetriebenen Druckwerken (1.1, 1.2) angeordneten Druckwerk (1.3) zusammentreffen und wobei das von den beiden Elektromotoren (4, 5) auf das zwischen ihnen liegende Druckwerk (1.3) übertragene Drehmoment permanent gemessen und als Regelgröße für die Leistungssteuerung beider Elektromotoren (4, 5) umgesetzt wird.

2. Mehrfachantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Anteile des von beiden Antriebsmotoren (4, 5) in das zwischen ihnen liegende Druckwerk eingespeisten Drehmoments vergleichender Regler (8) das Verhältnis der von den beiden Antriebsmotoren (4, 5) in das jeweils mit dem Antriebsmotor gekuppelte Druckwerk (1.1, 1.2) einspeisenden Leistung (P1, P2) bestimmt.

3. Mehrfachantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Leistungen (P1, P2) der Antriebsmotoren (4, 5) in die Druckwerke (1.1, 1.2) Zahnräder (10, 11) vorgesehen sind, deren Wellen oder dergleichen mit einem Drehmomentsensor (8, 9) verbunden sind und deren Meßwerte unter Einschluß einer dimensionslosen Regelgröße (W) in einem von einem Rechner (7) gestützten Regelkreis die Leistungsabgabe der beiden Antriebsmotoren (4, 5) steuern.

4. Mehrfachantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit einem Zahnrädergetriebe zwischen den beiden Antriebsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Zahnrädergetriebe mindestens drei mit einer Schrägverzahnung (12) ineinandergreifende Stirnräder mit zueinander parallelen Achsen (14) aufweist und der Drehmomentsensor aus wenigstens zwei am Gestell festen Distanzsensoren (8, 9) besteht, die auf eine Planfläche je eines der beiden schrägverzahnten, Leistung von einem der beiden Antriebsmotoren (4, 5) auf das mittlere Druckwerk (1.3) übertragende Stirnräder gerichtet sind und mit einem Meßglied (6) sowie einer darin integrierten Auswerteschaltung in Verbindung stehen.