EP0771753B1

EP0771753B1 - Phasenregelungssystem für die Schaufelradanordnung eines Falzapparates

Info

Publication number: EP0771753B1
Application number: EP96115359A
Authority: EP
Inventors: Charles Henry Dufour; Paul Raymond Bolduc
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 2001-11-28
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: EP0771753A1; US5653428A; JPH09169460A; DE59608312D1; DE19639138A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Phasenregelungssystem für die Schaufelradanordnung eines Falzapparates gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Nachdem eine durch eine Rollenrotationsdruckmaschine geführte Papierbahn bedruckt ist, wird diese zur Weiterverarbeitung einem Falzapparat zugeführt. In dem Falzapparat wird die Bahn normalerweise geschnitten und zu Signaturen gefalzt. Die Signaturen werden dann in mehrere Produktströme aufgeteilt und zur Weiterverarbeitung ausgelegt. Die Aufteilung der Signaturen in mehrere Produktströme kann durch die Anordnung eines Paares sich drehender Schaufelräder in dem Signaturpfad erzielt werden.

Die EP 0 391 550 A1 beschreibt ein Phasenregelungssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 für ein Schaufelrad zur Umlenkung und Auslage von Banknoten, bei welchem die Banknoten auf ihrem Weg zur Schaufelradanordnung durch einen ersten Sensor und die Phasenlage des Schaufelrades durch einen zweiten Sensor erfaßt werden, und bei dem die Geschwindigkeit des Schaufelrades durch eine Steuerungseinrichtung in der Weise verändert wird, daß die Phasenlage des Schaufelrades einer vorgegebenen Bedingung genügt, bei welcher die Banknoten problemlos in Taschen des Schaufelrades aufgenommen werden. Die Schrift gibt keinen Hinweis darauf, die Vorrichtung in Verbindung mit einem weiteren Schaufelrad für Falzprodukte in einer Druckmaschine zu verwenden, welches bezüglich des ersten Schaufelrades in der Weise angeordnet ist, daß die von den Schaufelblattspitzen der beiden Schaufelräder beschriebenen Umfangslinien sich teilweise überschneiden. Weiterhin gibt die Schrift keinen Hinweis darauf, einen dritten Sensor vorzusehen, welcher einen oder mehrere Betriebsparameter einer Druckmaschine überwacht, auf deren Basis die Geschwindigkeit des Schaufelrades verändert wird, um die Banknoten zuverlässig aufnehmen zu können.

US-5,112,033 offenbart z. B. einen Falzapparat mit einem ersten und einem zweiten und gefalzte Druckprodukte (d. h. Signaturen) mit Höchgeschwindigkeitsförderbändern in die unmittelbare Nähe der rotierenden Schaufelräder transportiert. Jedes der Schaufelräder weist eine Vielzahl von Schaufelblättern auf, deren Spitzen den Umfang eines jeweiligen Schaufelrades definieren. In jedem Schaufelrad bilden die aneinander angeordneten Schaufelblätter Taschen zur Aufnahme der geschnittenen und gefalzten Druckprodukte. Der Umfang des ersten Schaufelrades überschneidet den Umfang des zweiten Schaufelrades und umgekehrt. Um eine Kollision zwischen den jeweiligen Schaufelblättern der Schaufelradanordnung zu vermeiden, weist jedes Schaufelblatt in seinem äußeren radialen Bereich eine Ausnehmung auf, die zur Aufnahme der Spitzen der Schaufelblätter des jeweils anderen Schaufelrades dient. Beim Verlassen der Hochgeschwindigkeitsförderbänder werden die geschnittenen und gefalzten Druckprodukte wechselweise in den durch nebeneinander angeordnete Schaufelblätter gebildeten Taschen des einen oder des anderen Schaufelrades aufgenommen.

US-5,123,638 zeigt eine Produktauslage mit einer Schwungradanordnung zur Verwendung in einem Falzapparat einer Druckmaschine, und US-4,881,731 zeigt eine Vorrichtung zum Zuführen von Bogen, insbesondere von Banknoten.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein System zur Regelung der Phase einer Schaufelradanordnung im Falzapparat einer Druckmaschine zu schaffen, bei welchen die Freigabe der gefalzten Produkte von einem Transportsystem (z. B. von Hochgeschwindigkeitsförderbändern) mit der Phase der Schaufelblätter geregelt wird und wobei sichergestellt wird, daß die Falzprodukte von den Schaufelblättern ohne Beschädigung aufgenommen und transportiert werden.

Gemäß vorliegender Erfindung werden zur Regelung der Phase einer Schaufelradanordnung eines Falzapparats einer Druckmaschine, wobei die Schaufelradanordnung eine Vielzahl von Schaufelblättern und einen Produktaufnahmebereich, in welchem die Schaufelbätter Falzprodukte aufnehmen, aufweist, die folgenden Verfahrensschritte durchlaufen:

(a) Erfassen einer Kante eines Falzproduktes, wenn dieses eine vorherbestimmte Position relativ zu einer ersten Referenzposition erreicht;

(b) Erfassen der Schaufelblätter, wenn diese eine zweite Referenzposition passieren;

(c) Bestimmen eines gewünschten Schaufelblattphasenwinkels für ein nächstes, in den Produktaufnahmebereich eintretendes Schaufelblatt;

(d) Errechnen eines ersten Zeitpunkts, in dem das Falzprodukt die auf der Erfassung in Schritt (a) basierte erste Referenzposition erreicht;

(e) Errechnen des aktuellen Schaufelblattphasenwinkels des nächsten Schaufelblattes zu dem ersten Zeitpunkt auf der Basis der Erfassung in Schritt (b); und

(f) Steuern der Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelradanordnung auf der Basis der Differenz zwischen dem aktuellen Schaufelblattphasenwinkel und dem gewünschten Schaufelblattphasenwinkel.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Phasenregelungssystem für die Schaufelradanordnung im Falzapparat einer Druckmaschine, gemäß den Merkmale des Anspruches 1.

Die Schaufelradanordnung umfaßt ein erstes rotierendes Schaufelrad mit einer Vielzahl erster Schaufelblätter, deren Spitzen den Umfang des ersten Schaufelrades definieren. Ein zweites rotierendes Schaufelrad umfaßt eine Vielzahl von zweiten Schaufelblättern, deren Spitzen den Umfang des zweiten Schaufelrades definieren. An einer Schnittlinie des ersten und des zweiten Schaufelradumfangs befindet sich ein Produktaufnahmebereich. Der Produktaufnahmebereich ist derart gestaltet, daß nur eines der ersten und zweiten Schaufelblätter den Produktaufnahmebereich zu einem gegebenen Zeitpunkt besetzen kann. Das Falzprodukt-Transportsystem ist für die Förderung der Falzprodukte in den Produktaufnahmebereich vorgesehen; es kann z. B. ein Paar Hochgeschwindigkeitsbänder und/oder eine Schneidzylinderanordnung umfassen.

Das Phasenregelungssystem umfaßt einen Prozessor, einen ersten Sensor, einen zweiten Sensor und einen Schaufelradmotor-Steuerschalter. Der erste Sensor detektiert eine Kante eines jeweiligen, eine erste Position passierenden Falzproduktes und erzeugt ein entsprechendes erstes Signal. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die erste Position als der Punkt definiert, an welchem ein Messer der Schneidzylinderanordnung das gefalzte Produkt schneidet. Alternativ kann diese erste Position an jedem beliebigen Punkt entlang den Hochgeschwindigkeitsbändern, im Produktaufnahmebereich, oder an jeder geeigneten Stelle im Falzapparat bestimmt werden. Auf der Basis des von dem ersten Sensor erzeugten Signals und der Bahngeschwindigkeit der Druckmaschine errechnet der Prozessor des Regelungssystems einen ersten Zeitpunkt, in welchem ein jeweiliges Falzprodukt eine Sollposition in dem Produktaufnahmebereich erreichen wird.

Der zweite Sensor detektiert jedes erste Schaufelblatt, wenn es eine zweite Position passiert und erzeugt ein entsprechendes zweites Signal. Auf der Basis des von dem zweiten Sensor erzeugten Signals errechnet der Prozessor des Regelungssystem den Phasenwinkel des ersten oder des zweiten Schaufelblattes, je nachdem welches den Produktaufnahmebereich zuerst besetzt. Dann berechnet der Prozessor des Regelungssystems die Phasendifferenz zwischen dem aktuellen Schaufelblattphasenwinkel und dem gewünschten Schaufelblattphasenwinkel. Es kann eine Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, auf welcher dem Bediener der Phasenwinkel oder die Phasendifferenz angezeigt wird.

Durch einen Schaufelradmotor-Steuerschalter wird die Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelradanordnung gesteuert. Das Regelungssystem ändert durch Senden von Steuersignalen von dem Prozessor an den Schaufelradmotor-Steuerschalter die Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelradanordnung auf der Basis der Phasendifferenz. Durch wiederholtes Ändern der Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelradanordnung in dieser Weise gleicht das Regelungssystem den aktuellen Schaufelradphasenwinkel an den erwünschten Schaufelradphasenwinkel an.

Wie im folgenden näher beschrieben, können verschiedene Faktoren für die Einstellung des gewünschten Phasenwinkels verwendet werden. Wenn z. B. die Produkte (d. h. die gefalzten Signaturen) zu früh von den Hochgeschwindigkeitsförderbändern in die Schaufelradrotation gelangen, dann kann das hintere Ende der Produkte sich um die Schaufelblätter wickeln und einen Stau in der Schaufelradanordnung verursachen. Wenn andererseits die Produkte zu spät in die Schaufelradrotation gelangen, dann ist nicht genügend Zeit für die Produkte, sich zu verlangsamen, und sie "stürzen ab" in das hintere Ende der zwischen den Schaufelblättern gebildeten Taschen, wobei sie beschädigt werden. Der Grad der Verlangsamung der Produkte nach deren Freigabe durch die Förderbänder hängt ab von der Massenträgheit der Produkte und der Reibung zwischen den Produkten und den Schaufelblättern. Ein weiteres Problem stellt die Beschädigung des Drucks durch übermäßige Reibung zwischen der Signatur und den Schaufelblättern dar. Auf der Basis dieser genannten Faktoren kann eine gewünschte Schaufelblattphase zur Vermeidung von Stau, Abstürzen und Druckbeschädigungen der Produkte experimentell bestimmt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die gewünschte Schaufelblattphase auf der Basis von Verwendungs- und Umgebungsparametern geändert. Wie im folgenden näher beschrieben, hängt die zwischen den Produkten und den Schaufelblättern entstehende Reibung von verschiedenen anderen Faktoren ab, wie Gewicht und Breite des verwendeten Papiers, dem Silikongehalt im Papier und der damit verbundenen Haftfähigkeit der Produkte in der Maschine. Ferner hängt auch die Massenträgheit der Produkte von der Bahngeschwindigkeit der Maschine und dem Gewicht des Papiers ab. Letztendlich ändert sich der Grad der druckschädigenden Reibung mit der Temperatur und dem Feuchtigkeitsgrad. Folglich ist es von Vorteil, den gewünschten Phasenwinkel auf der Basis der Werte eines oder mehrerer dieser Umgebungs- und Anwendungsparameter einzustellen. Diese Parameter können entweder auf einem Kontrollpult manuell eingegeben oder durch Sensoren automatisch gemessen werden. Die den verschiedenen Kombinationen von Parametern entsprechenden gewünschten Phasenwinkel können z. B. empirisch bestimmt oder in einem Speicher als eine NxN-Matrix, gespeichert werden, wobei N die Anzahl der Parameter ist. Die geeigneten gewünschten Phasenwinkel können dann durch die Eingabe der aktuellen Werte der Parameter direkt aus der Matrix gelesen werden.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Regelungssystem so programmiert sein, daß es die von dem menschlichen Bediener durchgeführten Verfahrensschritte nachahmt. Zum Beispiel kann die Art und Weise, in welcher ein Bediener die Schaufelradphase aufgrund einer Reihe unterschiedlicher Faktoren, wie Bahngeschwindigkeit, Temperatur, Papierart oder anderer Umgebungs- oder Verwendungsparameter manuell einstellt, durch das Regelungssystem überwacht und automatisch in einer Tabelle in dem Speicher gespeichert werden. Dann kann beim folgenden Druckvorgang der gewünschte Phasenwinkel auf der Basis der aktuellen Umgebungs- und Verwendungsparameter aus der Tabelle gelesen werden.

Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten, nachstehend erklärten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: einen Falzapparat mit einem Paar angeordneter Schaufelräder;
Fig. 2: die Schaufelradanordnung der Fig. 1 im Detail;
Fig. 3a: die Schaufelradanordnungen der Fig. 1 und 2 in Position 0;
Fig. 3b: die Schaufelradanordnung der Fig. 1 und 2 in Position 1;
Fig. 3c: die Schaufelradanordnung der Fig. 1 und 2 in Position 2;
Fig. 3d: die Schaufelradanordnung der Fig. 1 und 2 in Position 3;
Fig. 3e: die Schaufelradanordnung der Fig. 1 und 2 in Position 4;
Fig. 3f: die Schaufelradanordnung der Fig. 1 und 2 in Position 5;
Fig. 3g: die Schaufelradanordnungen der Fig. 1 und 2 in Position 6;
Fig. 3h: die Schaufelradanordnung der Fig. 1 und 2 in Position 0';
Fig. 4: eine Darstellung eines Phasenregelungssystems für die Schaufelradanordnung der Fig. 1-3 gemäß vorliegender Erfindung;
Fig. 5: ein Flußdiagramm zum Steuern des Phasenregelungssystems der Fig. 4;
Fig. 6: eine detailierte Darstellung eines Flußdiagramms zum Steuern des Phasenregelungssystems der Fig. 4;
Fig. 7a: eine Darstellung verschiedener Phasenwinkel relativ zu einem gewünschten Phasenwinkel eines Schaufelblattes;
Fig. 7b: eine Darstellung eines Phasenwinkels eines Schaufelblattes.

In Fig. 1 ist ein Falzapparat 1 für das Schneiden und Falzen gedruckter Produkte dargestellt. Eine Papierbahn wird über einem Falztrichter 24 gefalzt und dann in einer Schneidzylinderanordnung 20 zu Signaturen geschnitten. Die Signaturen werden dann von einem Paar Hochgeschwindigkeitsbändern 13 zu einem Paar Schaufelräder 100, 200 transportiert. In dem gezeigten System rotieren die Schaufelräder 100, 200 in entgegengesetzte Richtungen und sind miteinander synchronisiert, um nicht zu kollidieren.

Fig. 2 zeigt die Schaufelradanordnung 100, 200 im Detail. Die die Hochgeschwindigkeitsbänder 13 verlassenden Signaturen werden in den von aneinanderliegenden Schaufelblättern 102, 103; 201, 202; 202, 203 der jeweiligen Schaufelräder 100, 200 gebildeten Taschen 111, 211 aufgenommen. In Fig. 2 ist eine die Hochgeschwindigkeitsbänder 13 verlassende Signatur 14 gezeigt, die in die von aneinanderliegenden Schaufelblättern 201, 202 gebildete Tasche 211 eintritt. Jedes Schaufelblatt weist eine Schaufelblattspitze 6 und eine Schaufelblattausnehmung 5 auf, welche kooperieren, um eine Kollision unter den Schaufelblätter zu verhindern. Es ist dargestellt, wie in der Schaufelblattausnehmung 5.22 die korrespondierende Schaufelblattspitze 6.12 aufgenommen wird.

Die Funktion der Schaufelradanordnung 100, 200 wird nun im Zusammenhang mit den Fig. 3a - 3h, welche die Position der Schaufelräder 100, 200 zu acht gesonderten Zeitpunkten zeigen, beschrieben.

In Fig. 3a ist eine Signatur 14.1 in einer "Null-Position", d. h. an einem Punkt unmittelbar vor ihrem Auftreffen auf die Spitze 6.22 des Schaufelblattes 202 des Schaufelrades 200 dargestellt. Dabei bleibt ein Teil der Signatur 14.1 zu diesem Zeitpunkt in Kontakt mit den Hochgeschwindigkeitsbändern 13, und während die Signatur 14.1 letztere verläßt, bewegt sie sich entlang einer Mittellinie 15 mit einer Fördergeschwindigkeit W. In dieser Position erstreckt sich die Spitze 6.22 des Schaufelblattes 202 über die Mittellinie 15 hinaus, um die Signatur 14.1 aufzunehmen, die Spitze 6.12 des Schaufelblattes 103 wird in der Ausnehmung 5.22 des Schaufelblattes 202 aufgenommen und die Spitze 6.11 des Schaufelblattes 102 befindet sich in einem Abstand von der Mittellinie 15.

Fig. 3b zeigt die Signatur 14.1 in der Position 1, nämlich an dem Punkt, wo sie zuerst die Spitze 6.22 des Schaufelblattes 202 kontaktiert. Die Spitze 6.12 des Schaufelblattes 102 befindet sich noch weg von der Mittellinie 15, und ein Teil der Signatur 14.1 bleibt in Kontakt mit den Hochgeschwindigkeitsbändern 13. Da die Signatur 14.1 mit den Hochgeschwindigkeitsbändern 13 noch in Kontakt ist, bewegt sie sich trotz der durch den Kontakt mit der Spitze 6.22 entstehenden Reibung mit (ungefähr) der Fördergeschwindigkeit W fort.

In Fig. 3c biegt sich die Signatur 14.1 leicht, während sie entlang der Oberfläche des Schaufelblattes 202 gleitet, bewegt sich jedoch aufgrund ihres fortwährenden Kontakts mit den Hochgeschwindigkeitsbändern 13 mit der Fördergeschwindigkeit W fort. In dieser Position, der Position 2, nähert sich die Spitze 6.12 des Schaufelblattes 102 der Mittellinie 15, hat jedoch die Mittellinie 15 noch nicht gekreuzt.

Fig. 3d zeigt die Schaufelräder 100, 200 in der Position 3. In dieser Position bewegt sich die Signatur 14.1 unter der Steuerung der Hochgeschwindigkeitsbänder 13 mit der Fördergeschwindigkeit W fort. Jedoch hat nun die Spitze 6.12 des Schaufelblattes 102 die Mittellinie 15 gekreuzt und ist mit der Signatur 14.1 in Kontakt. Außerdem ist gezeigt, daß eine zweite Signatur 14.2 in den Hochgeschwindigkeitsbändern 13 fortbewegt wird, und zwar in einem Abstand d hinter der Signatur 14.1 und mit der Fördergeschwindigkeit W.

Fig. 3e, 3f, 3g stellen dar, wie die Signatur 14.1 die Hochgeschwindigkeitsbänder 13 verläßt und mit dem Schaufelblatt 202 in Kontakt tritt. Die durch den Kontakt mit dem Schaufelblatt 202 entstehende Reibung bewirkt eine Verlangsamung der Signatur 14.1, während diese sich zum hinteren Ende der Tasche 211 bewegt. Gleichzeitig drückt die Spitze 6.12 des Schaufelblattes 102 die Signatur 14.1 weg von der Mittellinie 15.

In Fig. 3h sind die Schaufelräder 100, 200 in der Position 0' gezeigt. In dieser Position hat die Signatur 14.1 das Schaufelblatt 102 verlassen und bewegt sich fort entlang dem Schaufelblatt 202 zum hinteren Ende der Tasche 211, die von den aneinanderliegenden Schaufelblättern 201, 202 gebildet ist. Außerdem ist gezeigt, wie sich die zweite Signatur 14.2 der Spitze 6.12 des Schaufelblattes 102 nähert. Wie bezüglich der Signatur 14.1 in den Fig. 3a - 3g beschrieben, wird auch die zweite Signatur 14.2 mit der Spitze 6.12 des Schaufelblattes 102 in Kontakt kommen und sich in das hintere Ende der durch die aneinanderliegenden Schaufelblätter 101, 102 gebildete Tasche 111 bewegen.

Um zu gewährleisten, daß die Signaturen 14 richtig und unbeschädigt in den Taschen 111 und 211 aufgenommen werden, ist es wichtig, die Phase zwischen den Signaturen 14 und den Schaufelrädern 100, 200 (im folgenden "Schaufelradphase" genannt) entsprechend einzustellen. Dafür können eine Anzahl von Faktoren in Betracht gezogen werden.

Wenn z. B. die Signaturen 14 von den Förderbändern 13 zu früh freigegeben und in die Schaufelradrotation aufgenommen werden, kann es geschehen, daß das hintere Ende der Signatur sich um das Schaufelblatt (z. B. Schaufelblatt 202) windet, was zu einem Stau in den Schaufelrädern 100, 200 führen kann. Wenn andererseits die Signaturen 14 von den Förderbändern 13 zu spät freigegeben und in die Schaufelradrotation aufgenommen werden, dann ist nicht genügend Zeit für die Signaturen 14, um sich zu verlangsamen, und sie "stürzen ab" in das hintere Ende der Taschen 111 und 211, wobei sie beschädigt werden können. Der Grad der Verlangsamung der Signaturen nach deren Freigabe durch die Förderbänder 13 hängt ab von der Massenträgheit der Signaturen und der Reibung zwischen den Signaturen und den Schaufelblättern.

Ein weiteres in Erscheinung tretendes Problem ist die durch übermäßige Reibung zwischen der Signatur und dem Schaufelblatt verursachte Druckbeschädigung. Je früher die Signaturen 14 in die Schaufelradrotation freigegeben werden, umso länger sind diese der Reibung mit einem Schaufelblatt ausgesetzt, was zu Verschmierungen der Farbe auf den Signaturen führen kann. Je früher also eine Signatur 14 von den Förderbändern 13 freigegeben wird, desto größer ist die Reibung und desto umfangreicher kann somit die Druckbeschädigung auf einer Signatur14 sein.

Zusätzliche Faktoren, die sich mit den Umgebungsbedingungen und dem individuellen Druckauftrags ändern, haben ebenfalls Einfluß auf die gewünschte Schaufelradphase. Zum Beispiel kann die Feuchtigkeit in der Druckerei Einfluß darauf haben, bis zu welchem Grad die Farbe auf den Signaturen 14 getrocknet ist, wenn diese die Hochgeschwindigkeitsbänder 13 verlassen. Dies kann wiederum in einem Zusammenhang stehen mit einer durch eine gegebene Schaufelradphase verursachten Druckbeschädigung. Gleichermaßen können auch Produktart, Papierart, Haftfähigkeit und Silikongehalt des Papiers auf die gewünschte Schaufelradphase Einfluß haben. Es können sich z. B. die Reibungs- und Trägheitseigenschaften einer 8-seitigen Signatur von denen einer 24-seitigen oder 32-seitigen Signatur unterscheiden. Die Zusammensetzung und Dicke des verwendeten Papiers können ebenfalls einen Einfluß auf diese Eigenschaften haben. Die Haftfähigkeit (tack), die als das Maß an statischer Elektrizität in den Signaturen definiert ist, ist ein Parameter, der auf herkömmliche Weise durch einen "Tacker" geregelt wird. Außerdem kann die Menge des der Bahn zugefügten Silikons in herkömmlichen Druckmaschinen unterschiedlich sein. Die für die Haftfähigkeit und das Silikon gewählten Werte haben ebenfalls einen Einfluß auf die Reibungs- und Trägheitseigenschaften der Signaturen bei deren Eintritt in die Schaufelradtaschen 111 und 211.

Bei den Systemen des Standes der Technik wurde die Phase der Walzen der Bänder 13 bezüglich der Schaufelräder 100, 200 manuell eingestellt, indem die Position der Signatur beim Eintritt in die Schaufelräder mit einer Meßmarke (oder mit dem bloßen Auge) überwacht und dann die Geschwindigkeit der Hochgeschwindigkeitsbänder 13 entsprechend reguliert wurde. Dieses Verfahren der Schaufelradphaseneinstellung hat mehrere Nachteile. Erstens ist das auf Meßmarken basierende manuelle Einstellen der Geschwindigkeit der Förderbänder 13 an sich ungenau, und es ist deshalb nicht möglich, auf diese Weise die Phasenregelung zu optimieren. Ein weiteres Problem entsteht aufgrund der Tatsache, daß es möglich sein muß, die Geschwindigkeit des Falzapparats entsprechend der Änderung der Bahngeschwindigkeit der Druckmaschine zu ändern, denn die Bahngeschwindigkeit der Druckmaschine kann in hohem Ausmaß variieren, d. h. von 0 bis 914 m/Minute (0 bis 3000 f/minute). Wie oben erwähnt, ergibt sich ein Signatur-"Absturz" bei Signaturen , die nicht genügend Zeit und/oder Raum haben, um sich nach ihrer Freigabe durch die Hochgeschwindigkeitsbänder 13 zu verlangsamen. Die für die Verlangsamung der Signatur erforderliche Zeit und/oder Raum hängen von der Geschwindigkeit der Förderbänder 13 ab, und diese hängt wiederum von der Bahngeschwindigkeit der Druckmaschine ab. Deshalb wird sich die inkrementale Änderung der Bandgeschwindigkeit, die für eine Vorverlegung oder Zurückverlegung der Schaufelblattphase erforderlich ist, stets ändern, wenn sich die Bahngeschwindigkeit der Druckmaschine ändert. Dieser Änderung kann durch manuelles Regeln der Phase während des Maschinenlaufs nicht angemessen Rechnung getragen werden. Deshalb wurde bei den Systemen des Standes der Technik die Phase der Schaufelblätter relativ zu den Förderbändern während des Maschinenlaufs auf einen nominalen Wert eingestellt, was ein annehmbares, jedoch in keiner Weise optimales Resultat bei allen Betriebsgeschwindigkeiten erbringt.

Die oben angesprochenen Probleme werden mit dem Schaufelradphasenregelungssystem gemäß vorliegender Erfindung gelöst. Dieses erfindungsgemäße, in Fig. 4 dargestellte Schaufelradphasenregelungssystem 300 umfaßt einen Schaufelblattpositionssensor 310, einen Schaufelradmotor 320, einen Bahngeschwindigkeitssensor 330, einen Signaturpositionssensor 360, einen Prozessor 340 und einen Schaufelradmotor-Steuerschalter 350.

Der Schaufelblattpositionssensor 310 kann z. B. jeweilige Markierungen 311, die neben jeder Tasche 111, 211 an einem der Schaufelräder 100, 200 angebracht sind, und einen entsprechend angebrachten, die Markierungen 311 detektierenden Markierungssensor 312 umfassen. Die Markierungen 311 können z. B. auf den Schaufelblättern neben den Taschen 111, 211 angebrachte Metallstreifen sein. Der Markierungssensor 312 kann z. B. ein Näherungsschalter sein, welcher auf die Metallstreifen reagiert.

Der Signaturpositionssensor 360 bestimmt die Position der Signatur 14 und kann auf verschiedene Weise installiert werden. Es kann z. B. ein Sensor relativ zu der Schneidzylinderanordnung 20 des Falzapparats 1 angebracht werden. Da die gefalzte Bahn von der Schneidzylinderanordnung 20 zu Signaturen 14 geschnitten wird, kann ein an dieser Anordnung 20 angebrachter Sensor definitiv den Zeitpunkt bestimmen, zu welchem der Schneidzylinder eine Signatur 14 erzeugt. Da der Abstand zwischen dem Schneidzylinder und den Hochgeschwindigkeitsbändern 13 bekannt ist, und da die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Signatur 14 nach dem Verlassen des Schneidzylinders bewegt, im wesentlichen gleich der Bahngeschwindigkeit der Druckmaschine sein muß (die durch den Sensor 330 erfaßt ist), ist der Zeitpunkt, in welchem die Vorderkante oder die Hinterkante einer Signatur 14 die Förderbänder 13 verläßt, bestimmbar. Alternativ ist die Geschwindigkeit der den Schneidzylinder verlassenden Signatur 14 durch die Rotationsgeschwindigkeit der Schneidzylinder 20 meßbar.

Beispielsweise könnte der Signaturpositionssensor 360 derart gestaltet sein, daß eine Markierung neben jedem Messer 401 der Schneidzylinder 20 angebracht wird und ein Sensor neben der Stelle plaziert wird, an welcher das Messer 401 die Aussparung 400 der Schneidzylinder 20 kontaktiert. Zu dem Zeitpunkt t₀ der Impulsauslösung des Sensors ist die Position der Vorder- und der Hinterkante der Signatur 14 bekannt. Außerdem kann angenommen werden, daß die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Signatur 14 von den Schneidzylindern 20 durch die Hochgeschwindigkeitsbänder 13 bewegen wird, gleich der Bahngeschwindigkeit der Druckmaschine ist, da jede wesentliche Abweichung von der Bahngeschwindigkeit einen Papierstau verursachen würde. Alternativ kann die Bewegungsgeschwindigkeit der Signatur 14 auf direkterem Wege durch Überwachung der Rotationsgeschwindigkeit der Schneidzylinder 20 und der Antriebswalzen der Hochgeschwindigkeitsbänder errechnet werden. In beiden Fällen kann der Zeitpunkt t₁, in welchem die Vorderkante der Signatur 14 die in den Fig. 3a, 3h gezeigte Nullposition erreicht, als t₁ = D/W + t₀ definiert werden, wobei D der Abstand zwischen der Nullposition und der Position, an welcher das Messer 401 die Aussparung 400 des Schneidzylinders kontaktiert ist und W die Bahngeschwindigkeit der Druckmaschine darstellt. In ähnlicher Weise kann die Position der Vorderkante einer Signatur 14 zu einem Zeitpunkt t als ein Abstand D(t) = W* (t-t₀) von der Position, an welcher das Messer 401 die Aussparung 400 des Schneidzylinders kontaktiert, bestimmt werden. Selbstverständlich könnte die Position der Hinterkante der Signatur 14 in gleicher Weise bestimmt werden. Alternativ könnte ein Sensor (d. h. ein optischer Sensor) neben der Nullposition angebracht sein. Eine Zeitspanne zwischen den Vorderkanten der Signaturen könnte von den vom Sensor ausgesandten Impulssignalen abgeleitet werden, und der Zeitpunkt t₁ könnte dann als der Zeitpunkt des letzten Impulses zuzüglich der Zeitspanne veranschlagt werden.

Das dargestellte Verfahren des Bestimmens der Schaufelblattposition wird im folgenden mit Bezug auf den Schaufelblattpositionssensor 310, einschließlich der Markierungen 311 und des Markierungssensors 312, beschrieben. Beim Rotieren der Schaufelräder 100, 200 aktivieren die Markierungen 311 den Markierungssensor 312. Da die Form der Schaufelblätter bekannt ist, kann die Position der Schaufelblattspitze (oder eines anderen Schaufelblattteils, das mit der Markierung 311, die den Markierungssensor aktiviert oder triggert, verbunden ist) zu dem Zeitpunkt, in dem der Sensor 312 aktiviert oder getriggert wird, leicht ermittelt werden. Des weiteren kann die Position der Schaufelblätter zu irgendeinem Zeitpunkt zwischen Impulssignalen leicht aus einem Satz von zwei oder mehreren Impulssignalen extrapoliert werden. Folglich kann die Position der Schaufelblattspitze in dem Produktaufnahmebereich 110 zum Zeitpunkt t₁ leicht ermittelt werden. Da, wie in den Fig.3a bis 3h gezeigt, nur eine Schaufelblattspitze den Produktaufnahmebereich 110 zum einem gegebenen Zeitpunkt einnimmt, werden die Signaturen 14 alternierend in die Taschen der Schaufelräder 100 und 200 ausgegeben.

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm 500 auf hoher Ebene für das Phasenregelungssystem der vorliegenden Erfindung. In den Schritten 510 und 520 werden die Signaturposition und die Schaufelblattposition ermittelt. Die Signatur- und Schaufelblattposition können z. B. in dem Prozessor 340 auf der Basis der von den Sensoren 310, 330 und 360 erhaltenen Information wie oben beschrieben errechnet werden. Ferner werden in dem Schritt 530 ein oder mehrere Umgebungs- und Anwendungsparameter bewertet, um einen gewünschten Phasenwinkel der Schaufelblätter relativ zu einer Signatursollsposition (d. h. der Nullposition) zu bestimmen. Wie oben beschrieben, ändert sich das Verhalten der Signatur bei deren Eintritt in die Schaufelradtaschen mit dem Gewicht des verwendeten Papiers, der Haftfähigkeit, der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, dem Silikongehalt im Papier und der Anzahl der Bogen pro Signatur. Folglich ist es von Vorteil, den gewünschten Phasenwinkel auf der Basis der Werte dieser Betriebsparameter einzustellen. Die Parameter können entweder an einem Kontrollpult manuell eingegeben oder mit Sensoren automatisch gemessen werden. Die den verschiedenen Komabinationen von Parametern entsprechenden gewünschten Phasenwinkel können z. B. empirisch bestimmt und in einem Speicher als eine N x N-Matrix gespeichert werden, wobei N die Anzahl der Parameter ist. Der geeignete gewünschte Phasenwinkel kann dann durch Eingabe der aktuellen Werte der Parameter direkt aus der Matrix gelesen werden. Wenn die Daten für die Schaufelblattposition, die Signaturposition und den gewünschten Phasenwinkel bekannt sind, bestimmt der Prozessor 340 in dem Schritt 540, ob für den gewünschten Schaufelblattphasenwinkel die Schaufelräder beschleunigt oder verlangsamt werden sollen. Wenn eine Änderung des Phasenwinkels erforderlich ist, wird zur Durchführung der gewünschten Phasenwinkeländerung ein Signal an den Schaufelradmotor-Steuerschalter 350 gesandt.

Fig. 6 zeigt ein detailliertes Flußdiagramm zur Steuerung der Schaufelblattphase gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Schritt 600 bestimmt der Prozessor 340 einen gewünschten Schaufelblattphasenwinkel P_desired an einer Signatur-Referenz- oder Sollposition, d. h. den gewünschten Phasenwinkel für ein Schaufelblatt in dem Produktaufnahmebereich zu dem Zeitpunkt, in dem eine Signatur die Referenzposition erreicht. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Signatur-Referenzposition als Nullposition definiert. Wie oben beschrieben, kann der gewünschte Schaufelblattphasenwinkel anhand der verschiedenen Umgebungs- und Anwendungsparametern bestimmt werden. In Schritt 610 überwacht der Prozessor 340 den Output des Signaturpositionssensors 360, des Bahngeschwindigkeitssensors 330 und des Schaufelblattpositionssensors 310.

In Schritt 630 errechnet der Prozessor 340 den Zeitpunkt t₁, in dem die Vorderkante der nächsten Signatur 14 die Signatursollposition erreichen wird. Wie oben erwähnt, kann dieser Zeitpunkt als Funktion des Outputs des Signaturpositionssensors 360 und der Bahngeschwindigkeit (W) der Druckmaschine bestimmt werden, da der Abstand (D) von der Schneidzylinderanordnung 20 zu der Nullposition bekannt ist und der Zeitpunkt (t₀), in welchem die Signatur in der Schneidzylinderanordnung 20 gebildet wird, von dem Signaturpositionssensor 360 erfaßt wird. In Schritt 630 wird somit der Phasenwinkel P_next des nächsten Schaufelblattes zum Zeitpunkt t₁ bestimmt. Wie oben erwähnt, kann der Phasenwinkel der Schaufelblätter zu jedem Zeitpunkt auf der Basis des Outputs des Schaufelblattpositionssensors 310 bestimmt werden.

In Fig. 7b ist der Phasenwinkel P definiert als die Winkelposition der Schaufelblattspitze in dem Produktauslagebereich 110 relativ zu Bezugsebene, die sich senkrecht entlang der Rotationsachse der Schaufelradanordnung erstreckt. Gemäß Fig. 7 ist diese Bezugsebene definiert als eine sich von der Achse 750 aus nach oben erstreckende senkrechte Ebene 760.

In Schritt 640 von Fig. 6 sendet der Prozessor 340 im Falle von P_next < P_desired einen Befehl an den Schaufelradmotor-Steuerschalter 350 zur Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelradanordnung. Alternativ sendet der Prozessor 340 im Falle von P_next > P_desired einen Befehl an den Schaufelradmotor-Steuerschalter 350 zur Verminderung der Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelradanordnung. Der Wert, um welchen die Rotationsgeschwindigkeit erhöht oder vermindert werden soll, kann auf verschiedene Weise bestimmt werden. Es kann die Rotationsgeschwindigkeit z. B. um einen festen Abweichungswert erhöht oder vermindert werden, ungeachtet der Differenz zwischen P_next und P_desired. Dieser feste Abweichungswert könnte empirisch bestimmt werden. Alternativ könnte der Wert, um welchen die Rotationsgeschwindigkeit erhöht oder vermindert werden soll, in Abhängigkeit von der Differenz zwischen P_next und P_desired verändert werden. Der Wert könnte auch durch einen Algorithmus bestimmt werden oder auf Basis der Phasenabweichung aus einer Tabelle gelesen werden.

In Fig. 7a ist dargestellt, daß, wenn die Schaufelblattposition 720 mit P_next bezeichnet ist und die Schaufelblattposition 700 mit P_desired bezeichnet ist, und somit P_next < P_desired ist, der Prozessor 340 die Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelradanordnung 100, 200 erhöhen wird. Wenn andererseits die Schaufelblattposition 710 P_next entspricht und die Schaufelblattposition 700 P_desired entspricht, und somit P_next > P_desired ist, dann wird der Prozessor 340 die Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelradanordnung 100, 200 vermindern.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Phasenregelungssystems nach vorliegender Erfindung kann der Prozessor 340 zur Nachahmung der Arbeitsschritte des menschlichen Bedieners programmiert werden. Es kann z. B. die Art und Weise, in welcher ein Bediener manuell die Schaufelblattphase auf der Basis der verschiedenen Bedingungen, wie Bahngeschwindigkeit, Temperatur, Papierart oder anderer Betriebsparameter, einstellt, durch den Prozessor 340 überwacht und automatisch in einer Tabelle in dem Speicher gespeichert werden. Dann würde bei einem folgenden Druckauftrag der gewünschte Phasenwinkel P_desired auf der Basis der aktuellen Umgebungs- und Anwendungsparameter aus der Tabelle gelesen werden. Die vorgenannten Schritte können z. B. als Schritt 530 in dem Flußdiagramm der Fig. 5 oder als Schritt 600 in dem Flußdiagramm der Fig. 6 ausgeführt werden. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Schaufelblattphasen-Anzeigesystem vorgesehen, das eine mit dem oben beschriebenen Prozessor 340 verbundene Anzeigeeinrichtung 370 aufweist. Der Prozessor 340 bestimmt die oben mit Bezug auf Fig. 5 und 6 beschriebene Schaufelblattphase und überträgt dann diese auf die Anzeigeeinrichtung 370 zur Anzeige. Außerdem können der Prozessor 340 und die Anzeigeeinrichtung 370 für die Anzeige anderer nützlicher Informationen, wie z. B. die Anzeige der absoluten Phasenposition relativ zur Referenz- oder Sollposition, die momentane Abweichung von dem gewünschten Phasenwinkel etc., programmiert werden. Ferner kann der Prozessor 340 in der Weise programmiert werden, daß er ein historisches Beispiel der Phasenposition über eine bestimmte Zeitdauer anzeigt. Dieses historische Beispiel könnte auch graphisch angezeigt werden, so daß der Bediener den Trend in der Phasenabweichung verfolgen kann. Die Schaufelblattphasensteuerung kann separat oder zusammen mit dem oben beschriebenen Phasenregelungssystem ausgeführt werden.

Außerdem sollte es verstanden sein, daß, obschon die bevorzugten Ausführungsbeispiele der hier beschriebenen Erfindung Schaufelradanordnungen mit überlappenden Schaufelblattumfängen verwenden, die vorliegende Erfindung auch auf andere Arten von Schaufelradanordnungen, z. B. auf Schaufelräder, deren Umfänge sich nicht überlappen, und auf einen sogenannten Diverter, d. h. eine Ablenkweiche anwendbar ist.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1: Falzapparat
5: Schaufelblattausnehmung
5.22: Ausnehmung des Schaufelblattes 202
6: Schaufelblattspitze
6.11: Spitze des Schaufelblattes 102
6.12: Spitze des Schaufelblattes 103
6.22: Spitze des Schaufelblattes 202
13: Hochgeschwindigkeitsförderbänder
14: Signatur
14.1: Signatur (folgende)
15: Mittellinie
20: Schneidzylinderanordnung
24: Falztrichter
25: Leitblech
100: Schaufelrad
101: Schaufelblatt
102: Schaufelblatt
103: Schaufelblatt
110: Produktaufnahmebereich
111: Tasche
200: Schaufelrad
201: Schaufelblatt
202: Schaufelblatt
203: Schaufelblatt
211: Tasche
300: Schaufelradphasenregelungssystem
310: Schaufelblattpositionssensor
311: Markierungen
312: Markierungssensor
320: Schaufelradmotor
330: Bahngeschwindigkeitssensor
340: Prozessor
350: Schaufelradmotor-Steuerschalter
360: Signaturpositionssensor
370: Anzeigeeinrichtung
400: Aussparung der Schneidzylinder 20
401: Messer der Schneidzylinder 20
500: Flußdiagramm
510: Verfahrensschritt (Signaturposition
520: Verfahrensschritt (Schaufelblattposition
525: Input von betrieblichen Parametern
530: Verfahrensschritt (Bestimmung des gewünschten Schaufelblattphasenwinkels an der Signatursollposition)
540: Verfahrensschritt (Bestimmung der Beschleunigung oder Verlangsamung der Schaufelräder für den gewünschten Phasenwinkel
600: Verfahrensschritt (Bestimmung des gewünschten Schaufelblattphasenwinkels P_desired an der Signatursollposition)
610: Verfahrensschritt (Überwachung der Positionssensoren 360 und 310 durch Prozessor 340)
620: Verfahrensschritt (Errechnung des Zeitpunktes t₀, in welchem die Signaturvorderkante die Signatursollposition erreicht)
630: Verfahrensschritt (Errechnung der Winkelposition P_next des nächsten Schaufelblattes zu dem Zeitpunkt t₀)
640: Verfahrensschritt (Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelradanordnung, wenn P_next > P_desired)
650: Verfahrensschritt (Verminderung der Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelradanordnung, wenn P_next < P_desired)
660: Verfahrensschritt (das Erwarten des Ablaufs einer Zeitspanne t_delay bevor Erhöhung oder Verminderung der Geschwindigkeit der Schaufelradanordnung stattfinden kann)
700: Schaufelblattposition (Fig. 7a)
710: Schaufelblattposition (Fig. 7a)
720: Schaufelblattposition (Fig. 7a)
750: Achse (Fig. 7b)
760: senkrechte Ebene (Fig. 7b)

W: Fördergeschwindigkeit

Claims

Phasenregelungssystem für die Schaufelradanordnung im Falzapparat einer Druckmaschine, welches ein erstes rotierendes Schaufelrad (100) mit einer ersten Vielzahl von Schaufelblättern (101, 102, 103) sowie ein Transportsystem (13) zur Zuführ der Falzprodukte (14) in einen - in Transportrichtung der Falzprodukte (14) gesehen - vor dem ersten Schaufelrad (100) angeordneten Produktaufnahmebereich (110) enthält, wobei ein erster Sensor (360) vorgesehen ist, der eine erste Kante eines Falzproduktes (14) erfaßt, wenn dieses eine erste Position passiert und der in Abhängigkeit hiervon ein entsprechendes erstes Signal erzeugt; ein zweiter Sensor (310) vorgesehen ist, der ein jeweiliges erstes Schaufelblatt (101, 102, 103; 201, 202, 203) erfaßt, wenn dieses eine zweite Position passiert und der in Abhängigkeit hiervon ein entsprechendes zweites Signal erzeugt;

ein Prozessor (340) vorgesehen ist, der auf der Basis des ersten Signals einen ersten Zeitpunkt berechnet, zu dem das Falzprodukt (14) eine vorgegebene, im Produktaufnahmebereich (110) liegende Referenz-Position erreicht, der auf der Basis des zweiten Signals den Phasenwinkel desjenigen Schaufelblatts (101, 102, 103; 201, 202, 203) bestimmt, welches den Produktaufnahmebereich (110) als nächstes erreichen wird, und der aus dem bestimmten Phasenwinkel und einem vorgegebenen gewünschten Phasenwinkel die jeweilige Phasendifferenz berechnet;

und wobei ferner ein Schaufelrad-Steuerschalter (350) vorgesehen ist, der die Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelradanordnung (100, 200) in Abhängigkeit von der berechneten Phasendifferenz ändert,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein zweites rotierendes Schaufelrad (200) mit einer zweiten Vielzahl von Schaufelblättern (201, 202, 203) vorgesehen ist, wobei das erste und zweite Schaufelrad (100, 200) in der Weise angeordnet sind, daß sich die von den Schaufelblattspitzen des ersten und zweiten Schaufelrades (100, 200) beschriebenen Umfangslinien teilweise überschneiden,

daß ein dritter Sensor (330) vorgesehen ist, welcher einen oder mehrere weitere Betriebsparameter der Druckmaschine überwacht und ein entsprechendes Signal erzeugt, und daß der Prozessor (340) auf der Basis dieses Signals den gewünschten Phasenwinkel setzt, wobei der weitere Betriebsparameter die Bahngeschwindigkeit der Druckmaschine, oder das Gewicht eines Falzproduktes (14) oder die Breite eines Falzproduktes (14) oder die Menge von auf das Falzprodukt (14) angewandten Silikons oder der Grad der Haftfähigkeit des Falzproduktes oder die Feuchtigkeit oder die Temperatur umfaßt.
Phasenregelungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß dieses ferner eine Anzeigeeinrichtung (370) umfaßt und der Prozessor (340) der Anzeigevorrichtung (370) einen oder mehrere der errechneten Schaufelblattphasenwinkelwerte und/oder die errechnete Phasendifferenz zuführt.
Phasenregelungssystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Betriebsparameter empirisch bestimmt sind und in einem Speicher zusammen mit dem gewünschten Phasenwinkel in Form einer N+N-Matrix gespeichert sind.