DE4344912A1 - Regelung des Antriebs von Zylindern und Walzen einer Rotationsdruckmaschine - Google Patents
Regelung des Antriebs von Zylindern und Walzen einer RotationsdruckmaschineInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Regelung der Lage und/oder der Drehzahl
eines von einem Antriebsmotor angetriebenen Zylinders bzw. einer Walze einer
Rotationsdruckmaschine.
Herkömmliche Rotationsdruckmaschinen werden von einem Hauptantrieb über eine
mechanische Längswelle, auch Königswelle genannt, angetrieben. Ein Nachteil
dieser Druckmaschinen ist der zu betreibende mechanische Aufwand zum Ausgleich
der während des Laufs auftretenden Torsion der Längswelle. Dadurch wird eine
mechanische Umfangsregisterverstellung von Druckstellen der Druckmaschine
während des Laufs notwendig.
Es wird auch versucht, die mechanische Längswelle zwischen den einzelnen Druck
einheiten durch eine elektrische Längswelle zu ersetzen. Hierbei erhält jede Druck
einheit einen separaten elektrischen Antrieb. Zu dem hohen mechanischen Aufwand,
der wegen der Komplexität der einzelnen Druckeinheiten mit mehreren Druckstellen
nach wie vor zu betreiben ist, kommt in diesem Falle noch ein hoher regeltechnis
cher Aufwand hinzu, da der Synchronlauf der einzelangetriebenen Druckeinheiten
untereinander ebenfalls sichergestellt sein muß.
Zur Vermeidung der genannten Probleme wird in der DE 41 38 479 A1 vor
geschlagen, die Zylinder der Druckmaschine durch je einen Elektromotor an
zutreiben. Aus der DE 42 14 394 A1 ist ein übergeordnetes Regelleitsystem für
solch eine Druckmaschine mit jeweils einzeln angetriebenen Zylindern bekannt.
Besondere Probleme bereitet die Regelung eines Motor/Last-Systems mit einem
Antriebsmotor für einen Zylinder oder eine Walze einer Rotationsdruckmaschine. In
Einzelfällen wird bei kleinen Lasten ein großer, d. h. leistungsstarker Motor mit
einem gegenüber der Last vergleichsweise hohen Massenträgheitsmoment verwendet.
Solche Systeme werfen hinsichtlich der Beherrschung von Schwingungen und Stößen
keine allzu großen Probleme auf, da die Last vom Motor zwangsweise mitgeführt
wird. Bei größer werdendem Massenträgheitsmoment der angetriebenen Lasten,
deren Massenträgheitsmomente oft mehr als fünfmal größer als die der antreibenden
Motoren sein können, nehmen die Schwingungsprobleme jedoch zu. Dement
sprechend komplexer werden die Regelungen dieser Motor/Last-Systeme. Die
Elastizität einer Kopplung zwischen dem Motor und der Last trägt weiter zur
Verschärfung der Probleme bei.
Im Druckmaschinenbau sind Regelungen der Lage oder der Drehzahl eines Zylinders
bekannt, bei denen ein mechanischer Geber auf der Motorseite zur Erfassung der
Motordrehzahl oder der Rotorwinkellage des Motors für einen Soll/Ist-Vergleich der
Motorregelung verwendet wird. Diese bekannte Regelung stößt jedoch bei größer
werdenden Massenträgheitsverhältnissen von der Last zum Motor zunehmend an ihre
dynamischen Grenzen. Wird die Ist-Position an der Motorwelle gemessen, so liegen
sowohl Kopplung als auch mechanische Last außerhalb des eigentlichen Regel
kreises. Sie können diesen jedoch über die auf die Motorwelle zurückwirkenden
Beschleunigungsmomente beeinflussen. Der Motor, der in diesem Fall eine wesent
lich kleinere Masse als die Kopplung und der Zylinder hat, wird dadurch maßgeblich
beeinflußt. Da die resultierende Motorbelastung aus einem mechanischen Gebilde aus
Massen, Federn und Dämpfungen besteht, ist das Lastmoment stark frequenzabhän
gig, was letztlich das dynamische Verhalten des Systems bestimmt. Bei Anregung
durch eine Sollwert-Änderungen werden zuerst die Federn gespannt, die dem Motor
am nächsten gelegen sind. Das durch den Regler hervorgerufene Motormoment
beschleunigt Teile der Kopplung und in weiterer Folge den Zylinder bzw. die
angetriebene Walze. Energie ist zu diesem Zeitpunkt sowohl in den Federn als auch
in der Massenbewegung gespeichert, deren Aufteilung sich laufend ändert. Der
Motor mag zwar innerhalb kurzer Zeit die korrekte Position eingenommen haben,
wird aber durch die auftretenden Massenkräfte erneut abgelenkt, was zu einem
weiteren Regelvorgang führt. Das System muß, durch einen relativ langsamen
Regler angesteuert, stabilisiert werden.
In der Regelungstechnik sind allgemein für sogenannte Zweimassenschwinger
Differenzaufschaltungen, Regelkaskaden und aktive Filter bekannt, die jedoch alle
einen sehr großen regeltechnischen Aufwand erfordern. Die Verwendung solcher
Regelungen ist im Druckmaschinenbau allerdings nicht bekannt.
Die vorliegende Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Regelung zu
schaffen, mit der bei einer Rotationsdruckmaschine die Lage und/oder die Drehzahl
eines Zylinders bzw. einer Walze, die von einem Motor angetrieben wird, leis
tungsoptimiert und mit genügend hoher Regelgüte, d. h. hinsichtlich der Dynamik
und der Drehzahl - bzw. Lagegenauigkeit, geregelt werden kann. Die Regelung soll
preiswert sein und keine allzu hohen Anforderungen an die Kopplung von Motor und
Last, insbesondere an die Drehsteifigkeit und Spielfreiheit der Kopplung stellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche sind auf zweckmäßige und nicht glatt selbstverständliche
Ausführungsformen des Gegenstands von Anspruch 1 gerichtet.
Die Regelung der Lage und/oder der Drehzahl eines von einem Antriebsmotor
angetriebenen Zylinders bzw. einer Walze eines Farbwerkes erfolgt mittels eines
Reglers für den Motor in Abhängigkeit von einem Soll/Ist-Vergleich der Aus
gangssignale eines Sollwert-Gebers und eines Istwert-Gebers, wobei dieser Istwert-
Geber nach der Erfindung die Lage und/oder die Drehzahl des Zylinders bzw. der
Walze erfaßt. Im Gegensatz zu den bekannten Regelungen bei Rotationsdruckmaschi
nen wird somit ein Lastgeber und nicht oder zumindest nicht nur ein Motorgeber für
die Regelung verwendet.
Für die in Rede stehenden Last/Motor-Systeme, d. h. die eigenangetriebenen
Zylinder, die auch und sogar bevorzugterweise zu eigenangetriebenen Zylinder
gruppen zusammengefaßt sein können, hat es sich überraschenderweise als völlig
ausreichend erwiesen, die Regelung im wesentlichen mittels eines Istwertes zu
führen, der durch einen an der Last, nämlich am Zylinder oder an einem der
Zylinder einer Zylindergruppe angebrachten Istwert-Geber ermittelt worden ist.
Dieser Istwert, nämlich insbesondere die Winkellage und/oder Drehzahl des betref
fenden Zylinders, reicht zur Erzielung einer hohen Dynamik und Regelgüte sogar
bereits alleine aus. Der Antriebsmotor kann bei dem Zweimassenschwinger nach der
Erfindung sogar außer acht gelassen werden. Die als Tiefpaßfilter wirkende Last ist
unempfindlich gegen die Schwingungen des demgegenüber wesentlich kleineren
Motors. Andererseits können die Rückwirkungen von der Last auf den Antriebs
motor vernachlässigt werden. Die erfindungsgemäße, nicht zuletzt wegen ihrer
Einfachheit preiswerte Regelung bietet den weiteren Vorteil, daß sie auch einfach
der großen Bandbreite der Massenträgheitsverhältnisse zwischen Last und Motor und
auf sich im Laufe des Betriebs ändernde Parameter, wie beispielsweise die Elastizität
einer Kopplung, eingestellt werden kann.
Indem erfindungsgemäß der zu regelnde Istwert an der Last abgenommen wird, wird
auch das gemessen, was exakt laufen muß, nämlich die Last, nicht der Motor. Das
aus dem Antriebsmotor, einer Kopplung und der Last bestehende mechanische
Ersatzsystem ist als Tiefpaßfilter zu betrachten. Bei dieser Art der Regelung wird
das Tiefpaßfilter des Motor/Kopplung/Last-Systems ausgenutzt, um Stöße und
Schwingungen, die in der Regelstrecke entstehen, zu filtern. Solche Stöße und
Schwingungen werden somit in reduziertem Maße in den Regler zurückgeführt. Die
Gefahr einer Aufschaukelung wird dadurch vermindert. Die Dynamik der Regelung
und somit auch die Regelgüte können gegenüber der geschilderten konventionellen
Regelung bei identischer Kopplung, wesentlich erhöht werden.
Der bildlich gesprochen von der Motorseite zur Lastseite gewanderte Istwert-Geber
bildet bevorzugterweise die Hauptregelgröße für den Regler des Motors, d. h. der
Motor wird erfindungsgemäß von der Lastseite her durch deren Istwert geführt.
Nach einer besonders bevorzugten weiteren Ausführungsform der Erfindung wird
kein mechanischer Istwert-Geber für die Erfassung der Lage oder der Drehzahl des
Motors im Rahmen der Regelung des Motors benötigt. Eine gegebenenfalls im
Motor integrierte Istwert-Erfassung kann vorteilhaft für die reine Antriebsüber
wachung mit einer Motornotabschaltung verwendet werden.
Der Istwert-Geber für die Regelung wird entsprechend der Erfindung am momen
tenfreien Wellenende eines einzelangetriebenen Zylinders oder eines Zylinders einer
Zylindergruppe bzw. der angetriebenen Walze eines Farbwerks angebracht.
Besonders vorteilhaft werden elektrische Asynchronmotoren als die Antriebsmotoren
eingesetzt. Bislang wurde ein Asynchronmotor nur dann verwendet, wenn mittels
eines großen Motors eine kleine Last anzutreiben war. Für den vorliegenden Fall,
bei dem die angetriebene Last ein vergleichsweise hohes Massenträgheitsmoment
gegenüber dem Antriebsmotor besitzt, ist die Verwendung von Asynchronmotoren
nicht bekannt. Für die Zwecke der erfindungsgemäßen Regelung mit einem Last
geber statt eines Motorgebers sind Asynchronmotoren besonders geeignet. Gegen
über den für die bei den betreffenden Anwendungen bislang eingesetzten Gleich
strommotoren weisen Asynchronmotoren eine höhere Feldsteifigkeit auf, so daß ihr
Einsatz die Dynamik und Regelgüte des zu regelnden Systems verbessert. Die
Verwendung anderer Motorbauarten, beispielsweise Gleichstrommotoren, ist jedoch
nicht grundsätzlich ausgeschlossen.
Die Stabilität der Regelung wird durch die bevorzugte Verwendung eines spielfreien
Zahnriemens mit hoher Dämpfung als Kopplung zwischen Motor und Last zusätzlich
verbessert.
Nach der Erfindung bilden Gummituchzylinder und Plattenzylinder einer Rotations
druckmaschine paarweise eine Zylindergruppe, bei der jeweils ein Gummituch
zylinder und ein Plattenzylinder mechanisch miteinander gekoppelt sind, und
gemeinsam durch einen eigenen Antriebsmotor pro Zylindergruppe angetrieben
werden.
Durch diese gruppenweise Zusammenfassung der beiden Zylinder und deren
Ausstattung mit einem einzigen Antrieb für zumindest ein Zylinderpaar wird die
Anzahl der benötigen Antriebsmotoren erheblich verringert; zumindest halbiert
gegenüber den Einzelantriebskonzepten. Die mechanische Kopplung dieser beiden
einander drucktechnisch zugeordneten Zylinder, bevorzugterweise eine Zahnradkop
plung mit gerad- oder schrägverzahnten Zahnrädern, bietet gegenüber dem Konzept
der jeweils einzeln angetriebenen Zylinder deutliche Preisvorteile. Hinsichtlich der
Einsatzflexibilität sind gegenüber dem Einzelantriebskonzept keine ins Gewicht
fallenden Abstriche zu machen. So kann sowohl die Umfangsregister- als auch die
Seitenregisterverstellung jedes Gummituchzylinders einzeln und zu jedem weiteren
beliebigen Gummituchzylinder, soweit erforderlich, abgestimmt vorgenommen
werden. Durch die Zylindergruppen entsprechend der Erfindung mit jeweils eigenen
Antriebsmotoren können bei einer Rotationsdruckmaschine in technischer und
wirtschaftlicher Hinsicht optimale Druckstellen gebildet werden. Als Druckstellen
werden in diesem Zusammenhang jeweils die Zylinderpaare verstanden, zwischen
denen eine zu bedruckende Papierbahn hindurchläuft und einseitig oder beidseitig
bedruckt wird. Demnach gehören zu einer erfindungsgemäß gebildeten Druckstelle
jeweils eine Zylindergruppe und ein entsprechender Gegendruckzylinder, der zur
Zylindergruppe gehören kann, aber nicht muß. Im zuletzt genannten Fall wird eine
Druckstelle durch zwei einander zugeordnete Zylindergruppen gebildet. Antriebs
technisch sind jedoch die Druckstellen der Druckmaschine in beiden Fällen in sich
mechanisch unabhängig, d. h. die Druckstellen der Druckmaschine sind elektrisch
miteinander gekoppelt.
Solch eine Zylindergruppe bildet bevorzugterweise die Last bei der erfin
dungsgemäßen Regelung.
Vorteilhafterweise wird bei den erfindungsgemäßen Zylindergruppen der Gum
mituchzylinder angetrieben, der seinerseits über die mechanische Kopplung auf den
Plattenzylinder der gleichen Zylindergruppe abtreibt. In einer weiteren Ausfüh
rungsform der Erfindung kann der Antrieb jedoch auch die Plattenzylinderwelle
antreiben, so daß der Gummituchzylinder erst über die mechanische Kopplung vom
Plattenzylinder angetrieben wird. Während der Antrieb auf den Plattenzylinder einen
geringen Aufwand für das An- und Abstellen des Gummituchzylinders erfordert, ist
der Gummituchzylinder andererseits maßgebend für die Lagegenauigkeit bzw.
Umfangsregistererstellung. Die erstgenannte Lösung besitzt den Vorteil, daß der
Zylinder, der letztlich mit einer zu bedruckenden Papierbahn direkt in Berührung
kommt, nicht erst über ein möglicherweise mit Spiel behaftetes Übertragungsglied
angetrieben werden muß.
Eine Zylindergruppe kann nach der Erfindung um einen Gegendruckzylinder für den
Gummituchzylinder erweitert werden. Dieser dritte Zylinder der derart gebildeten
Zylindergruppe wird mechanisch mit dem Gummituchzylinder gekoppelt, bevorzug
terweise durch eine weitere Zahnradkopplung. Solch eine Zylindergruppe stellt
bereits eine Druckstelle dar, zwischen deren Gummituch- und Gegendruckzylinder
die zu bedruckende Papierbahn hindurchgeführt wird. Der Gegendruckzylinder kann
ein Stahl- oder auch ein weiterer Gummituchzylinder für beidseitigen Druck sein.
Solch ein Gegendruckzylinder kann insbesondere auch ein Zentralzylinder einer
Zylindereinheit mit beispielsweise neun oder zehn Zylindern sein. In einer alter
nativen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird solch ein
Zentralzylinder von einem eigenen Antriebsmotor angetrieben. Diese Art der
Zusammenfassung gewährt die höchste Einsatzflexibilität für eine Zylindereinheit. So
kann in diesem Fall jede der dem Zentralzylinder zugeordneten Zylindergruppen aus
Gummituch- und Plattenzylinder einzeln und unabhängig von den anderen Zylinder
gruppen umgesteuert werden, wie dies beispielsweise für Wechseldruck erforderlich
ist.
Der Abtrieb von einem Antriebsmotor auf die jeweilige Zylindergruppe erfolgt
bevorzugterweise mittels eines Zahnriemens. Gegenüber der in der DE 41 38 479 A1
vorgeschlagenen Lösung des auf der Antriebswelle des angetriebenen Zylinders
sitzenden Rotors des Elektromotors besitzt solch ein Zahnriemen eine hohe Elas
tizität. Für das erfindungsgemäße Regelkonzept des Antriebs eines Zylinders bzw.
einer Zylindergruppe ist jedoch die durch die Verwendung eines Zahnriemens
gegebene Möglichkeit einer hohen Bedämpfung des aus dem Antriebsmotor und dem
oder den angetriebenen Zylindern bestehenden mechanischen Systems von großem
Wert. Grundsätzlich gestattet die Erfindung jedoch auch den Direktantrieb, der bei
kleinen Zylindern sogar vorteilhaft sein kann. Gegenüber einem Zahnradtrieb
zwischen dem Antriebsmotor und dem angetriebenen Zylinder einer Zylindergruppe,
wie er ebenfalls Anwendung finden kann, besitzt ein Zahnriemen den Vorteil eines
spielfreien Laufs und eines nicht absolut festen Übersetzungsverhältnisses.
Demgegenüber sind für die mechanische Kopplung zwischen den Zylindern inner
halb einer Zylindergruppe Zahnräder vorgesehen, obwohl andere Übertragungs
glieder durchaus auch denkbar sind. Die gegeneinander kämmenden Zahnräder
können gerad- oder schrägverzahnt sein. Bei schrägverzahnten Zahnrädern wird zur
Seitenregisterverstellung der Gummituchzylinder längs verschoben, während seine
Antriebs- und/oder Abtriebszahnräder erfindungsgemäß ortsfest bleiben. Andernfalls
wäre mit der Seitenregister- auch eine Umfangsregisterverstellung erforderlich. Bei
Verwendung geradverzahnter Zahnräder wird der Gummituchzylinder zusammen mit
seinem fest angebrachten Zahnrad bzw. seinen Zahnrädern einfach längs verschoben.
Die Farbwalze bzw. die Farbwalzen eines Farbwerkes, das einer Zylindergruppe
zugeordnet ist, kann bzw. können erfindungsgemäß mechanisch mit dem Zylinder
bzw. dieser Zylindergruppe gekoppelt sein, so daß die Farbwalze bzw. die Farbwal
zen vom Antriebsmotor des Zylinders bzw. der Zylindergruppe mit angetrieben
werden. Durch diese Lösung kann auch der regeltechnische Aufwand gering gehalten
werden. Andererseits ist die mechanische Ankopplung des Farbwerkes im Sinne des
mit der Erfindung verfolgten Baukastenprinzips nicht ganz so ideal wie der stärker
bevorzugte Eigenantrieb für die Walze bzw. die Walzen des Farbwerkes. Danach
besitzt jedes Farbwerk einen eigenen Antriebsmotor für seine Farbwalzen. Solch ein
Antriebsmotor treibt ebenfalls bevorzugterweise über einen spielfreien Zahnriemen
mit hoher Dämpfung und gegebenenfalls über ein Untersetzungs-Zahnradgetriebe die
Farbwalze oder im Falle mehrerer Farbwalzen die dem Plattenzylinder der ent
sprechenden Zylindergruppe am nächsten liegende Farbwalze an. Dabei ist die Um
fangsgeschwindigkeit dieser Farbwalze vorteilhafterweise einstellbar, insbesondere
mit negativem Schlupf gegenüber dem Plattenzylinder, so daß die Umfangsgeschwin
digkeit der Farbwalze etwas geringer als die des entsprechenden Plattenzylinders ist.
Zumindest die Antriebsmotoren der auf die gleiche Druckseite einer Papierbahn
arbeitenden Zylinder oder Zylindergruppen einer Zylindereinheit werden vorteilhaf
terweise lagegeregelt. Bevorzugt wird eine sogenannte ideale Lageregelung, d. h.
eine verzögerungsfreie Lageregelung mit einer Schleppfehleraufschaltung. Auf diese,
aus technischen Gründen erwünschte, aufwendige Art der Lageregelung kann jedoch
durchaus auch verzichtet werden. Eine einfache Lageregelung stellt ebenfalls eine
bevorzugte, insbesondere preiswertere, Ausführungsform der Erfindung dar.
Mit dem Konzept der paarweisen Zusammenfassung von Gummituch- und Platten
zylindern zu Zylindergruppen, die gegebenenfalls um einen weiteren Gegendruck
zylinder erweitert werden, wird ein Höchstmaß an Flexibilität erhalten, während der
Preis für eine derart organisierte Druckmaschine gegenüber einer Druckmaschine mit
einzeln angetriebenen Zylindern erheblich gesenkt werden kann. Für eine aus
solchen Zylindergruppen zusammengesetzte Druckmaschine werden Antriebsmotoren
in lediglich zwei, allenfalls drei Leistungsklassen benötigt, während bei direkt und
einzeln angetriebenen Zylindern im Grunde jeweils gesonderte Motoren für Zylinder
mit den verschiedensten Längen und Durchmessern erforderlich sind. Mittels des
erfindungsgemäß verwendeten Zahnriementriebs können die möglicherweise in
weiten Grenzen schwankenden Massenträgheitsmomentenverhältnisse zwischen der
Last und dem Motor durch entsprechende Wahl der Übersetzung aufgefangen und
aufeinander abgestimmt werden. Die Reduzierung der Anzahl der Antriebsmotoren
zusammen mit dem Vorteil, daß Motoren lediglich in wenigen Leistungsklassen
bereitgestellt werden müssen, bietet bereits erhebliche Preisvorteile. Dieser Vorteil
wird durch die Verwendung der erfindungsgemäß einfachen Regelung, die ebenfalls
auf wechselnde Massenträgheitsverhältnisse flexibel anpaßbar ist, noch verstärkt.
Dabei kommen die mit der Erfindung erzielten Vorteile mit größer werdenden
Druckmaschinen, d. h. mit steigender Anzahl von Druckwerken und Druckstellen
pro Maschine, immer mehr zur Geltung. Insbesondere findet die Erfindung im Bau
von Offset-Rotationsdruckmaschinen Verwendung; sie ist aber nicht auf diese Ma
schinenart beschränkt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
anhand der Figuren erläutert. Dabei werden weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung offenbart. Es zeigen:
Fig. 1 eine Regelung des Antriebs für eine Zylindergruppe entsprechend dem Stand
der Technik;
Fig. 2 eine Regelung für den Antrieb einer Zylindergruppe nach der Erfindung;
Fig. 3 einen Vergleich des dynamischen Verhaltens einer herkömmlichen Regelung
und einer Regelung nach der Erfindung in Abhängigkeit vom Massenträg
heitsmomentenverhältnis von Motor und Last;
Fig. 4 einen Vergleich des dynamischen Verhaltens einer herkömmlichen Regelung
und einer Regelung nach der Erfindung in Abhängigkeit von der Drehstei
figkeit der Kopplung zwischen dem Motor und der Last;
Fig. 5 ein Regeldiagramm des Reglers;
Fig. 6 eine Druckstelle mit zwei Zylindergruppen;
Fig. 7 eine Druckstelle mit einer Zylindergruppe;
Fig. 8 eine Zylindereinheit mit einem eigenangetriebenen Zentralzylinder und vier
Zylindergruppen; und
Fig. 9 eine Zylindergruppe mit einer zugeordneten, eigenangetriebenen Farbwalze.
Eine im Druckmaschinenbau bekannte Regelung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.
Die Regelung eines Motors 5, der über eine elastische Kopplung 24 eine Last 25
antreibt, erfolgt mittels eines Reglers 23. Die Last 25 ist eine schwere Walze bzw.
ein schwerer Zylinder oder eine entsprechende Walzen- oder Zylindergruppe, deren
Massenträgheitsmoment typischerweise mehr als fünf mal so hoch wie das des
Motors 5 ist. Dennoch soll die Regelung dieses Motor/Last-Systems leistungsop
timiert und mit ausreichend hoher Regelgüte für die Drehzahl oder die Winkellage
und die Drehzahl der Last 25 geregelt werden. Dabei sollen an die Kopplung 24 von
Motor und Last keine zu hohen Anforderungen gestellt werden müssen in Bezug auf
deren Drehsteifigkeit und Spielfreiheit.
Bei den bekannten Systemen, wie eines in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein mechanischer
Istwert-Geber 21 zur Erzeugung eines für die Lage oder die Drehzahl und die Lage
des Rotors des Motors 5 charakteristischen elektrischen Signals an diesem Rotor
angebracht. Die Last 25 ist mit der Kopplung 24, die eine Elastizität und eventuell
ein gewisses Spiel aufweist, am Motorwellenende befestigt. Die Kopplung und die
Last liegen außerhalb des eigentlichen Regelkreises. Sie können diesen jedoch über
die auf die Motorwelle zurückwirkenden Beschleunigungsmomente beeinflussen.
Dieses System stößt bei großen Massenträgheitsverhältnissen von der Last zum
Motor rasch an seine dynamischen Grenzen. Wird die Regelung instabil, so schwingt
vor allem der Motor, während die Last relativ ruhig bleibt.
Fig. 2 zeigt hingegen eine Regelung, bei der, im Gegensatz zur Fig. 1 die Füh
rungsgröße für die Regelung von einem Istwert-Geber 21 erzeugt wird, der an der
Last 25 und nicht am Motor 5 angebracht ist. Dieser Istwert-Geber 21 ist am freien
Wellenende der Last, im Ausführungsbeispiel am freien Wellenende des Gummituch
zylinders 2 einer Zylindergruppe 10 (Fig. 9), angebracht. Der Istwert-Geber 21 wird
im folgenden daher Lastgeber genannt. Die Kopplung 24 wird durch einen Zahnrie
men mit gegenüber einer direkten Kopplung oder einer Zahnradkopplung hoher
Elastizität aber auch hoher Dämpfung gebildet. Zudem ist diese Kopplung 24 mit
einem Zahnriemen spielfrei.
Der für die Regelung benötigte, vom Lastgeber 21 erzeugte Istwert, der die Winkel
lage des Gummituchzylinders 2 oder dessen Drehzahl und dessen Winkellage
repräsentiert, wird auf den Regler 23 zurückgeführt. Ein rechnergenerierter Sollwert
von dem Sollwert-Geber 22 wird mit diesem Istwert verglichen und zur Bildung
eines Regelsignals für den Motor 5 benutzt.
In dieser Regelung liegen die Kopplung 24 und die Last 25 innerhalb des eigent
lichen Regelkreises. Die Last 25 und die Kopplung 24 bilden ein Tiefpaßfilter für
die in der Regelstrecke entstehenden Stöße und Schwingungen, die somit nur noch in
reduziertem Maße in den Regler 23 zurückgeführt werden und deshalb auch nicht zu
unerwünschten Anregungen der Regelung führen können. Dadurch wird die Dyna
mik und auch die Regelgüte gegenüber den konventionellen Systemen sogar bei
ansonsten gleicher Kopplung wesentlich erhöht.
Eine gegebenenfalls am Motor 5 angebrachte, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2
dargestellte Istwert-Erfassung kann für eine zusätzliche Überwachung des Motors 5,
zum Beispiel bei einer gewünschten Notabschaltemöglichkeit des Motors 5 verwen
det werden.
In den Diagrammen der Fig. 3 und 4 wird das dynamische Verhalten der beiden
Regelungen nach den Fig. 1 und 2 verglichen. Als Maß für die Dynamik der
Regelung wird der reziproke Wert der Nachstellzeit Ti des Antriebes gewählt. In
Fig. 3 ist die Dynamik als Funktion des Massenträgheitsverhältnisses von Last zu
Motor bei identischer Kopplung und identischer Phasenreserve dargestellt. Hierbei
zeigt sich deutlich, daß die Regelung nach Fig. 2 mit der Istwert-Erfassung an der
Last gerade bei größeren Massenträgheitsverhältnissen der Istwert-Erfassung am
Motor entsprechend der Fig. 1 deutlich überlegen ist.
In Fig. 4 ist die Dynamik als Funktion der Drehsteifigkeit der Kopplung 24 bei
konstantem Massenträgheitsverhältnis und identischer Phasenreserve abgebildet. Hier
zeigt sich die Regelung nach Fig. 2 besonders bei niedriger Drehsteifigkeit der
Kopplung gegenüber der konventionellen Regelung entsprechend Fig. 1 überlegen.
Fig. 5 schließlich zeigt das Regeldiagramm des Reglers 23. Der Soll- und der
Istwert, im Ausführungsbeispiel die Soll- bzw. Ist-Mittellage eines Gummituch
zylinders 2, werden zur Bildung der Differenz Sollwert-Istwert einem ersten Dif
ferenzverstärker 31 zugeführt. Die dort gebildete Differenz D₁ wird einem ersten
Proportionalverstärker 34 zugeführt und als proportional verstärktes Signal K₁XD₁
auf einen zweiten Differenzverstärker 35 gegeben. Parallel werden der Sollwert und
der Istwert jeweils einem Differenzierglied 32 bzw. 33 zugeführt, differenziert und
die entsprechenden Ausgangssignale s und i zum zweiten Differenzverstärker 35
geführt. Die dort gebildete Summe k₁D₁ + s-i wird in einem zweiten Propor
tionalverstärker 36 verstärkt und über ein Integrierglied 37 einem Stromregler für
den Motor 5 zugeführt.
Bei einer in Fig. 6 dargestellten Druckstelle wird eine zu bedruckende Papierbahn 1
zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Gummituchzylindern 2 zweier
Zylindergruppen 10 hindurchgeführt. Die beiden Zylindergruppen 10 werden jeweils
durch den Gummituchzylinder 2 und einen zugeordneten Plattenzylinder 3 gebildet,
die für den gemeinsamen Antrieb mechanisch miteinander gekoppelt sind. Die
mechanische Kopplung wird schematisch durch einen Verbindungsstrich zwischen
den Mittelpunkten der beiden Zylinder 2 und 3 angedeutet. Im Ausführungsbeispiel
nach Fig. 6 werden jeweils die Gummituchzylinder 2 jeder Zylindergruppe 10 durch
einen Drehstrommotor 5 angetrieben. Die Konfiguration entsprechend der Fig. 6, bei
der jeweils nur ein Gummituchzylinder 2 und ein Plattenzylinder 3 durch eine
mechanische Kopplung zu einer Zylindergruppe 10 zusammengefaßt sind, zeichnet
sich durch ihre einfache Bauweise und den höchstmöglichen Grad an Kon
figurationsfreiheit bei der Bildung von Druckstellen bzw. Druckstellengruppen aus.
Fig. 7 zeigt eine Variante zur Bildung einer Druckstelle, bei der ein Gegendruck
zylinder 4 für den Gummituchzylinder 2 mit diesem Gummituchzylinder 2 mecha
nisch gekoppelt ist. In diesem Ausführungsbeispiel setzt sich die Zylindergruppe 10
aus dem Gummituchzylinder 2, dessen Gegendruckzylinder 4 und dem Platten
zylinder 3 und deren mechanischer Kopplung zusammen, so daß die Druckstelle
durch eine einzige Zylindergruppe 10 gebildet wird. Im Ausführungsbeispiel der
Fig. 7 wird im Gegensatz zu dem der Fig. 6 nicht der Gummituchzylinder 2,
sondern der diesem Zylinder zugeordnete Plattenzylinder 3 durch einen Drehstrom
motor 5 angetrieben. Vorteil dieser Variante für die Zusammenfassung von Zylin
dern zu einer Zylindergruppe ist ihr konstantes Förderverhalten wegen der mecha
nischen Kopplung des Gummituchzylinders 2 mit seinem Gegendruckzylinder 4 und,
daß wegen dieser mechanischen Kopplung keine direkte gegenseitige Beeinflussung
der Zylinder 2 und 4 stattfindet. Der Gegendruckzylinder 4 kann ein zweiter
Gummituchzylinder oder aber ein Stahlzylinder, beispielsweise ein Zentralzylinder
einer Neun- oder Zehn-Zylindereinheit sein.
Die Zuordnung der Motoren 5 zu den Gummituchzylindern 2 bzw. den Plattenzylin
dern 3 kann grundsätzlich in beiden Ausführungsbeispielen vertauscht werden. Der
Antrieb des Plattenzylinders 3 hat den Vorteil, daß die Zylindergruppe 10 leichter
umgesteuert werden kann, während im anderen Fall beim Antrieb des Gummituch
zylinders 2 der auf die Papierbahn 1 direkt druckende Zylinder angetrieben wird und
dadurch ein Antrieb frei von spielbehafteten Übertragungsgliedern, wie beispiels
weise Zahnrädern, möglich ist, was im Hinblick auf die Regelung nach Fig. 2
bevorzugt wird.
In Fig. 8 ist eine Zylindereinheit 20 dargestellt, bestehend aus einem zentralen
Stahlzylinder 6 und vier, diesem Zentralzylinder 6 zugeordneten Zylindergruppen
10. Jeweils ein Gummituchzylinder 2 und ein Plattenzylinder 3 sind in diesem Aus
führungsbeispiel zu einer Zylindergruppe 10 zusammengefaßt. Für den Antrieb des
Zentralzylinders 6 ist ein eigener Drehstrommotor 5 vorgesehen. Ebenso könnte
jedoch der Zentralzylinder 6 mit einer der vier Zylindergruppen 10 eine Zylinder
gruppe entsprechend der in Fig. 7 dargestellten Variante bilden. Hierdurch würde
der eigene Motor 5 für den Zentralzylinder 6 eingespart werden. Andererseits bietet
jedoch die in Fig. 8 dargestellte Zusammenfassung zu den kleinstmöglichen Zylin
dergruppen 10 und eigenangetriebenem Zentralzylinder 6 zu einer Zylindereinheit 20
die höchstmögliche Flexibilität hinsichtlich der Konfigurationsmöglichkeiten. Diese
von den vorstehend beschriebenen Grundvarianten abgeleitete Konfiguration einer
Zylindereinheit 20 hat drucktechnisch den Vorteil, daß sich der sogenannte Fan-Out-
Effekt sehr in Grenzen hält. Jeder der Gummituchzylinder 2 ist ferner einfach auf
Gummi/Gummi-Produktion umsteuerbar. Die Möglichkeiten auf verschiedene Arten
des Wechseldrucks umzusteuern, werden ebenfalls nicht beschränkt.
Wie dieses Ausführungsbeispiel zeigt, ist eine aus Zylinderpaaren gebildete Zylin
dergruppe 10 hinsichtlich ihrer Konfigurierbarkeit einem Konzept mit jeweils einzeln
angetriebenen Zylindern ebenbürtig.
In Fig. 9 ist das Zusammenwirken einer aus einem Gummituch-/Plattenzylinderpaar
2, 3 bestehenden Zylindergruppe 10 mit einer Farbwalze 7 dargestellt. Hierbei
verfügt die Farbwalze 7 über einen eigenen Antrieb durch einen Motor 5, der zu
dem Motor 5 für die Zylindergruppe 10 identisch sein kann, aber nicht sein muß.
Der Motor 5 für die Farbwalze 7 treibt über einen Zahnriemen 15 und ein Zahn
radpaar 16, 17, wobei das Zahnrad 17 auf der Welle der Farbwalze 7 sitzt, die
Farbwalze 7 an. Die unterschiedlichen Massenträgheitsmomente des Motors 5 und
der Farbwalze 7 werden durch geeignete Wahl der Übersetzungsverhältnisse beim
Abtrieb über den Zahnriemen 15 und das Zahnradpaar 16, 17 entschärft.
Die Umfangsgeschwindigkeit der Farbwalze 7 ist einstellbar mit einem leicht
negativen Schlupf gegenüber dem Plattenzylinder 3. Dadurch kann der Gefahr
entgegengewirkt werden, daß die durch ein Zahnradpaar 12, 13 gebildete mecha
nische Kopplung zwischen dem Gummituchzylinder 2 und dem Plattenzylinder 3 aus
dem Zahneingriff gehoben wird.
Der Antrieb der Zylindergruppe 10 erfolgt von deren Motor 5 über den Zahnriemen
11 auf den Gummituchzylinder 2. Die mechanische Kopplung zwischen dem
Gummituchzylinder 2 und dem Plattenzylinder 3 derselben Zylindergruppe 10 bilden
die beiden Zahnräder 12 und 13. Zur Entschärfung eines hohen Verhältnisses der
Massenträgheitsmomente von Last und Antrieb, nämlich Zylindergruppe 10 und
Motor 5, wird die Drehzahl des Motors 5 über den Zahnriemen 11 entsprechend
untersetzt. Dieser Zahnriemen 11 ist das elastische Kopplungsglied zwischen dem
Motor 5 und der angetriebenen Zylindergruppe 10. Gegenüber einer grundsätzlich
ebenfalls geeigneten direkten Kopplung oder einer Zahnradkopplung wird mit dem
Zahnriemen 11 eine sehr hohe Dämpfung des Motor/Last-Systems 5, 10 erzielt. Das
Gleiche gilt grundsätzlich auch für den Antrieb der Farbwalze 7 und dessen Kop
plungsglied, den Zahnriemen 15. Ferner wird durch die Wahl eines Zahnriemen
triebs wegen der stufenlos variierbaren Übersetzung ein großer konstruktiver Frei
raum geschaffen. Die Motoren 5 für die Zylindergruppe 10 bzw. die Farbwalze 7
sind jeweils Drehstrommotoren mit einer hohen Feldsteifigkeit. Auch hier kommt
das Baukastenprinzip der Bildung von Zylindergruppen bzw. Walzengruppen mit
Zahnriemenkopplung zum Antriebsmotor zum Tragen, da mit wenigen Motorleis
tungsgrößen die gesamte Variationsvielfalt von Zylinder- bzw. Walzenlängen und
-durchmessern mit entsprechend unterschiedlichen Massenträgheitsmomenten aus
gerüstet werden kann.
Die beiden Zahnräder 12 und 13, die die mechanische Kopplung zwischen dem
Gummituchzylinder 2 und dem Plattenzylinder 3 bilden, können schrägverzahnte
oder geradverzahnte Zahnräder sein. Im Falle schrägverzahnter Zahnräder wird der
Gummituchzylinder 2 bei der Seitenregisterverstellung längsverschoben, während das
Zahnrad 12 und das entsprechende Zahnrad für den Zahnriemen 11 ortsfest bleiben,
d. h. diese beiden Zahnräder sind auf der Zylinderwelle 14 längsverschiebbar
gelagert. Im Falle einer Geradverzahnung der beiden Zahnräder 12 und 13 sitzen das
Zahnrad 12 und das Zahnrad für den Zahnriemen 11 fest auf der Welle 14 und
werden zusammen mit dem Gummituchzylinder 2 und dem Motor 5 für die Zylin
dergruppe 10 gemeinsam längsverschoben.
Wie bereits beschrieben, wird im Gegensatz zu den im Rotationsdruckmaschinenbau
bekannten Regelungen das Motor/Last-System 5, 10 durch einen Istwert geführt, der
von einem an der Lastseite, nämlich am momentenfreien Ende der Welle 14 des
Gummituchzylinders 2 angebrachten mechanischen Lastgeber 21 erzeugt wird. Die
gleiche Art der Regelung, nämlich mit einem am lastfreien Wellenende der Farb
walze 7 angebrachten Lastgeber 27 wird für die Regelung der Drehzahl dieser
Farbwalze 7 gewählt.
Claims (20)
1. Regelung der Lage und/oder der Drehzahl eines von einem Antriebsmotor (5)
angetriebenen Zylinders (2) bzw. einer Walze (7) einer Rotationsdruckma
schine mit einem Sollwert-Geber (22), einem Istwert-Geber (21; 27) und
einem Regler (23) für den Motor (5), dadurch gekennzeichnet, daß der
Istwert-Geber (21; 27) die Lage und/oder die Drehzahl des Zylinders (2)
bzw. der Walze (7) erfaßt.
2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem
Istwert-Geber (21; 27) ausgegebener Istwert die Hauptregelgröße für den
Regler (23) bildet.
3. Regelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die
Regelung kein mechanischer Istwert-Geber für die Erfassung der Lage oder
der Drehzahl des Antriebsmotors (5) vorgesehen ist.
4. Regelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß für die Regelung kein weiterer mechanischer Istwert-Geber vor
gesehen ist.
5. Regelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß ein mechanischer Geber am Antriebsmotor (5) vorgesehen ist,
dessen Ausgangssignal als Eingangssignal für eine Notabschaltung des Motors,
(5) verwendet wird.
6. Regelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der Istwert-Geber (21; 27) der Regelung am momentenfreien Wel
lenende des Zylinders (2) oder der Walze (7) angebracht ist.
7. Regelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß der Antriebsmotor (5) durch einen elektrischen Asynchronmotor
gebildet wird.
8. Regelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß für die Kopplung zwischen dem Antriebsmotor (5) und dem ange
triebenen Zylinder (2) oder der angetriebenen Walze (7) ein Zahnriemen
(11; 15) vorgesehen ist.
9. Regelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß zumindest zwei Zylinder (2, 3) oder Walzen (7) der Rotationsdruck
maschine für den gemeinsamen Antrieb durch den Antriebsmotor (5) mecha
nisch miteinander gekoppelt sind.
10. Regelung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest zwei
Zylinder (2, 3) ein Gummituchzylinder (2) und ein Plattenzylinder (3) sind,
die paarweise zu Zylindergruppen (10) zusammengefaßt sind, und daß jeweils
eine Zylindergruppe (10) von einem eigenen Antriebsmotor (5) angetrieben
wird.
11. Regelung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummituch
zylinder (2) von dem Antriebsmotor (5) angetrieben und vom Gummituch
zylinder (2) auf den Plattenzylinder (3) abgetrieben wird.
12. Regelung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
Istwert-Geber (21) am Gummituchzylinder (2) angebracht ist.
13. Regelung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Zylindergruppe (10) zusätzlich einen Gegendruckzylinder (4) für ihren
Gummituchzylinder (2) aufweist, der mit dem Gummituchzylinder (2)
mechanisch gekoppelt ist.
14. Regelung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Zylindereinheit (20) mit mehreren Zylindergruppen (10) einen Zentral
zylinder (6) aufweist, der mit einem eigenen Antriebsmotor (5) versehen ist.
15. Regelung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zylinderein
heit (20) mit mehreren Zylindergruppen (10) einen Zentralzylinder (6)
aufweist, der für den Antrieb mechanisch an den Gummituchzylinder (2)
einer Zylindergruppe (10) angekoppelt ist.
16. Regelung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die mechanische Kopplung zwischen den Zylindern (2, 3; 2, 3, 4) einer
Zylindergruppe (10) durch Zahnräder (12, 13) gebildet wird.
17. Regelung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine Farbwalze (7) eines Farbwerkes, das einer Zylindergruppe
(10) zugeordnet ist, mechanisch mit dieser Zylindergruppe (10) gekoppelt ist.
18. Regelung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
für den Antrieb mindestens einer Farbwalze (7) eines Farbwerkes, das einer
Zylindergruppe (10) zugeordnet ist, ein eigener Antriebsmotor (5) vorgesehen
ist.
19. Regelung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsge
schwindigkeit einer gegen den Plattenzylinder (3) einer Zylindergruppe (10)
abrollenden Farbwalze (7) einstellbar ist, insbesondere daß ein negativer
Schlupf gegenüber dem Plattenzylinder (3) einstellbar ist.
20. Regelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß zumindest die Antriebsmotoren (5) der auf die gleiche Druckseite
einer Papierbahn (1) arbeitenden Zylinder (2) oder Zylindergruppen (10)
einer Zylindereinheit (20) zueinander lagegeregelt sind.
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R071 | Expiry of right |