Verfahren zum Betreiben einer Druckmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Druckmaschine, eine Druckmaschine sowie einen Datensatz zum Einsatz an einer Druckmaschine. Es ist bekannt, dass beim Betreiben von Druckmaschinen die verschiedensten Schwingungen auftreten. Zu diesen Schwingungen gehören auch Schwingungen in der Bewegung des Druckzylinders in seiner Umfangshchtung.

Schwingungen dieser Art bilden den Hintergrund der Druckschriften EP 1 355 211 A2, EP O 882 588 B1 und DE 197 40 153 C2.

Bei diesen Druckschriften wird das Schwingungsverhalten eines Druckzylinders im Betrieb gemessen. Angesichts der durch die Messungen entstandenen Erkenntnisse zum Verlauf der Schwingungsamplitude gegenüber der Drehzahl des Druckzylinders werden zweite Schwingungen zur Kompensation der erstgenannten Schwingungen erzeugt. Auf diese Weise soll die Druckqualität durch aktive Maßnahmen (Beaufschlagung durch zweite „Gegen- Schwingungen") erhöht werden.

Bei den dargestellten Druckschriften werden jedoch Resonanzfrequenzen gemessen, die bereits im Betrieb aufgetreten sind. In der Regel werden die betreffenden Schwingungen also auch bereits Fehler beziehungsweise

Qualitätseinbußen in Bezug auf das Druckbild verursacht haben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, solche

Qualitätseinbußen zu reduzieren.

Die Aufgabe wird durch die Beifügung der kennzeichnenden Merkmale des

Anspruchs 1 gelöst.

Demnach ist zusätzlich vorgesehen:

- eine gezielte Beaufschlagung des Antriebes des zumindest einen Druckzylinders der Druckmaschine mit einem anregenden Signal des Leistungsstellers vorzunehmen, um Schwingungen des Druckzylinders hervorzurufen,

- und die Ermittlung kritischer Frequenzen in dem Eigenfrequenzspektrum des zumindest einen Druckzylinders an Hand der hervorgerufenen Schwingungen vorzunehmen.

Ein anregendes Signal kann demnach ein jedes Signal sein, das die Funktion, Schwingungen des Druckzylinders hervorzurufen - hier sind in der Regel Schwingungen in Umfangsrichtung des Druckzylinders gemeint - erfüllt. In der Regel wird diese Aufgabe durch Signale gelöst werden, die dem Strom, mit dem der Antrieb versorgt wird, aufgeschaltet werden. Vorteilhafterweise handelt es sich damit um bewusste änderungen oder Sprünge im Drehmoment bildenden Strom des Leistungsstellers. Die Aufschaltung der Signale kann vor oder während des Betriebes erfolgen. Entscheidend ist, dass das Signal gezielt abgegeben wird. In beiden Fällen (Signalbeaufschlagung vor oder während des Betriebes) wird das Signal eine schnellere Ermittlung kritischer Frequenzen ermöglichen und so zur Reduzierung von Qualitätseinbußen beitragen. Natürlich kann das während des Druckbetriebes gezielt generierte Signal auch zu Qualitätseinbußen auf dem Bedruckstoff führen. Jedoch kann das anregende Signal zum Beispiel mit einer deutlich kleineren Amplitude ausgestattet werden, als die anregenden Schwingungen aufweisen, die durch den Normalbetrieb verursacht werden.

Als kritische Frequenzen kommen vor allem Frequenzen beziehungsweise Frequenzbereiche in Frage, die unerwünschte Schwingungen auslösen. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden jedoch auch Frequenzen darunter verstanden, bei denen ein derart ungünstiges Verhältnis zwischen der Amplitude der anregenden und der resultierenden Schwingung auftritt, dass die Druckqualität beeinträchtigt wird.

Als Maßnahmen gegen Resonanzschwingungen oder unerwünschte Schwingungen werden im Stand der Technik - wie bereits erwähnt - aktive Maßnahmen vorgeschlagen, die in der Beaufschlagung des schwingenden Systems Antrieb-Druckzylinder mit Gegenschwingungen bestehen.

Die Verfahren nach den genannten Druckschriften EP 1 355 211 A2, EP 0 882 588 B1 und DE 197 40 153 C2 sind aufwändig, da sie die Beaufschlagung der Druckmaschine mit verschiedenen Schwingungen voraussetzen und diese eigentlich auch während des gesamten Betriebes notwendig machen, um einen Erfolg herbeizuführen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht daher vor, die unerwünschten Schwingungen vor allem im Bereich des Druckzylinders zu vermeiden, indem passive Maßnahmen ergriffen werden. Zu diesen passiven Maßnahmen gehört das Vermeiden der kritischen Frequenzen, die die unerwünschten Schwingungen hervorrufen. Kritische Frequenzen können auf vielerlei Weise bei anregenden Schwingungen zustande kommen. In erster Linie dürften jedoch kritische Frequenzen im Bereich des Stromes, der vom Leistungssteller dem Antrieb bereitgestellt wird, eine Rolle spielen. Hierbei sind Oberwellen usw. zu berücksichtigen. Bei modernen leistungselektronischen Leistungsstellern, die oft als Frequenzumrichter bezeichnet werden, kommen extrem komplexe Spektren an Oberwellen zustande, da die Bereitstellung der von den Elektromaschinen benötigten Frequenzen im Laststrom eben elektronisch, das heißt durch sehr viele, in der Zeitdauer sehr begrenzte „zerhackte" Einzelimpulse realisiert wird. Bei der Vermeidung der kritischen Frequenzen sollte auch diesem Umstand Rechnung getragen werden.

Die Vermeidung selber kann beispielsweise geschehen, indem anregende Signale vor und/oder nach der leistungselektronischen Endstufe gefiltert werden. Vorteilhaft ist die Verwendung eines Notch-Filters.

Es ist vorteilhaft, die Verfahrensschritte

- gezielte Beaufschlagung des Antriebes des zumindest einen Druckzylinders der Druckmaschine mit einem anregenden Signal des Leistungsstellers, um

Schwingungen des Druckzylinders hervorzurufen, und

- Ermittlung kritischer Frequenzen in dem Eigenfrequenzspektrum des zumindest einen Druckzylinders an Hand der hervorgerufenen Schwingungen

zumindest nach änderungen der mechanischen Eigenschaften des betreffenden schwingenden Systems vorzunehmen. Das System, das im vorliegenden Zusammenhang Dreh- respektive Torsionsschwingungen ausgesetzt ist, besteht zumindest aus dem Rotor der antreibenden Elektromaschine und dem Druckzylinder. In der Regel sind getriebliche Verbindungskomponenten wie Kupplungen und Zahnräder ebenfalls zu berücksichtigen. Entscheidend für die Druckqualität ist das Schwingungsverhalten des Druckzylinders. Insbesondere im Verpackungsdruck werden viele Formatwechsel vorgenommen. Hier wird oft neben dem Druckmotiv der Umfang des Druckzylinders (= Drucklänge) von Auftrag zu Auftrag verändert. Dies geschieht häufig durch einen Austausch der ganzen Druckrolle (monolithischer Druckzylinder, der in der Regel mit Zapfen - oft auch Achsstummel genannt - in der Druckmaschine aufgehängt ist).

Eine Alternative zu dieser Auswechslung der gesamten Druckrolle zur Einstellung der Drucklänge ist die Verwendung von Adaptersleeves unterschiedlichen Umfanges. Diese Adaptersleeves werden auf Druckmaschinendorne, die ein freies oder freigebbares Ende aufweisen, geschoben und an den Dornen arretiert. Der Außenumfang des Adaptersleeves bildet daraufhin den Außenumfang des von Dorn und Adaptersleeve gebildeten Druckzylinders und trägt die Druckform. Zu den führenden Druckverfahren im Verpackungsdruck gehören Tief- und Flexodruck. Die vorgenannten Tatsachen, vor allem zu Rollen und Adaptersleeves, gehen beispielsweise aus der WO 2005/067364 A2 hervor.

Es ist vorteilhaft, insbesondere nach dem Wechsel von Adaptersleeves oder Rollen, die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte durchzuführen. Eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften, die eine Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte in Betracht kommen lässt, kann jedoch

auch bei einer Veränderung der Anstellung der am Druckprozess beteiligten Zylinder vorliegen.

Auch die Spannung einer Bedruckstoffbahn, die ja messbar ist, kann der Durchführung dieser Verfahrensschritte vorausgehen.

Die erfindungsgemäßen Verfahren können so weitergebildet werden, dass, bevor die anregenden Schwingungen kritische Frequenzbereiche und/oder Resonanzfrequenzen durchqueren, diese vermieden oder durch Gegenschwingungen kompensiert werden.

Allgemein ist anzumerken, dass das System Rotor, Kupplung/Getriebe sowie Druckzylinder in seinem Schwingungsverhalten einem mit einer Feder verbundenen Zweimassesystem ähnelt.

Bei der Beaufschlagung des Antriebes mit einem anregenden Signal kann so vorgegangen werden, dass das anregende Signal zumindest eine Auslenkung des Druckzylinders aus seiner augenblicklichen Bewegungssituation (z. B. Stillstand oder Druckbetrieb) hervorruft. Eine weitere Verbesserung der Ergebnisse kann erreicht werden, indem das anregende Signal einen breiteren Frequenzbereich umfasst. Auch eine Variation der Amplituden der betreffenden Schwingungen ist vorteilhaft.

Eine Steuervorrichtung einer erfindungsgemäßen Druckmaschine sollte so eingerichtet sein, dass sie das erfindungsgemäße Verfahren durchführen kann. Sie kann dazu mit entsprechenden Programmbefehlen beaufschlagt sein. Sie muss mit den benötigten Mess- und Anregevorrichtungen sowie zu den eigentlichen Antrieben eine Verbindung aufweisen, mit der sie diese ansteuern beziehungsweise mit diesen kommunizieren kann.

Eine Anregevorrichtung kann leistungselektronische Komponenten umfassen, welche die entsprechenden anregenden Signale in den den Motor antreibenden

Strom einbringen. Die entsprechenden leistungselektronischen Komponenten müssen dann in geeigneter weise ansteuerbar sein.

Eine Hardware-Integration dieser Anregevorrichtung in einen normalen

Leistungssteller erscheint möglich. Auch hierzu sind die Steuervorrichtung des

Leistungsstellers und/oder die Steuervorrichtung der Druckmaschine in geeigneter Weise einzurichten. Hierzu kann eine Beaufschlagung mit geeigneten Steuerbefehlen respektive Softwarebestandteilen dienen.

Die Steuervorrichtung der Druckmaschine sollte so eingerichtet sein, dass sie die Messeinrichtung ansteuert oder ausliest, nachdem das anregende Signal produziert worden ist. Als Messeinrichtung ist ein Drehgeber oder eine ähnliche Messeinrichtung für Drehwinkel- und Geschwindigkeit, die mit dem Druckzylinder in Verbindung steht, vorteilhaft. In Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein Datensatz eine beliebige Zusammenstellung von Steuerbefehlen beziehungsweise Software sein. Mit einem solchen Datensatz kann die Steuereinrichtung beaufschlagt oder eingerichtet werden, so dass das erfindungsgemäße Verfahren automatisch durchführbar wird. Der Datensatz kann mit der Steuervorrichtung, aber auch auf einem beliebigen verkörperten Datenträger - wie einer DVD, CD, Diskette - vorhanden sein. Auch der Transport des Datensatzes über Netzwerke und Internet ist möglich. Hierzu kann beispielsweise E-Mail-Verkehr dienen.

In der Sprache der vorliegenden Druckschrift sind die Begriffe „Verbindung und Schnittstelle" funktional definiert. Sie umfassen alle Möglichkeiten, Kommunikation zwischen zwei Maschinenkomponenten oder Funktionskomponenten zu ermöglichen. Klassische Datenleitungen gehören genauso wie „Funkverbindungen" zu diesen Möglichkeiten. An Stellen, an denen mehrere Funktionskomponenten in einem Hardware-Bestandteil miteinander vereinigt sind, ist trotzdem von mehreren Schnittstellen oder Leitungen die Rede, um der betreffenden Einrichtung der Schnittstelle oder Leitung zur Kommunikation mit verschiedenen Funktionskomponenten Rechnung zu tragen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert.

Die einzelnen Figuren zeigen:

Fig. 1 Eine Funktionsskizze eines ersten Druckwerks mit direkt angetriebenem Druckzylinder. Fig. 2 Einen Schnitt durch einen Druckzylinder, der aus einem weitgehend hohlen Adaptersleeve und einem Trägerdorn zusammengesetzt ist. Fig. 3 Einen Schnitt durch einen Druckzylinder, der aus einem

Adaptersleeve und einem weitgehend mit Polyurethanschaum gefüllten Trägerdorn zusammengesetzt ist. Fig. 4 Eine Funktionsskizze eines zweiten Druckwerks mit einem

Druckzylinder, der sein Drehmoment über eine getriebliche

Verbindung erhält.

Figur 1 zeigt ein Druckwerk 11 mit einem Antrieb 1 , der über eine Balgkupplung 2 den Druckzylinder 3 antreibt. Auf dem Außenumfang des Druckzylinders 3 befindet sich als aufgeklebte Druckform ein Klischee, so wie es im Flexodruck üblich ist. Der Dorn 5, der den Druckzylinder 3 trägt, ruht seinerseits auf den Lagerstellen 14.

Der Antrieb 1 erhält die von ihm benötigte Leistung von einem Frequenzumrichter 9, der hier als Leistungssteller fungiert. Der Filter 10 deutet an, dass das Signal des Leistungsstellers 9 gefiltert wird, um kritische

Frequenzen bei der Versorgung des Antriebes 1 zu vermeiden. Der Filter 10 kann in der Tat auch auf der Leistungsseite des Frequenzumrichters 9 angebracht sein, wie es in Figur 1 angedeutet ist. In der Regel wird die Filterung kritischer Frequenzen jedoch schon vor dem Leistungsteil vorgenommen werden.

Als Messvorrichtung dient hier der Drehgeber 12. Seine Verbindung 15 mit dem Trägerdorn 5 des Druckzylinders 3 ist lediglich angedeutet. Bei dieser Art der Anordnung (Drehgeber 12) auf der dem Antrieb 1 abgewandten Seite des Druckzylinders 3 lassen sich Schwingungen des Druckzylinders 3 besonders gut messen. Jedoch ist es auch möglich, auf der anderen Seite des Druckzylinders 3 zu messen.

Von besonderer Bedeutung ist noch die Steuervorrichtung 13, welche über Verbindungen 15 mit einem Großteil der anderen Vorrichtungen der Druckmaschine kommunizieren und diese ansteuern kann. Im vorliegenden Beispiel ist die Anregeeinrichtung zur gezielten Beaufschlagung des Antriebes des zumindest einen Druckzylinders der Druckmaschine mit einem anregenden Signal des Leistungsstellers 9, mit welchem Signal Schwingungen des Druckzylinders 3 hervorrufbar sind, in den Frequenzumrichter 9 integriert, so dass die Leitung zwischen Frequenzumrichter 9 und Steuervorrichtung 13 auch als Leitung zwischen Steuervorrichtung 13 und Anregeeinrichtung dient. Entscheidend ist in diesem Fall, dass der Frequenzumrichter 9 und die Steuervorrichtung 13 durch Programme zur Ausführung der erfindungsgemäßen Signale eingerichtet sind.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen zweiten Druckzylinder 17, der im Wesentlichen aus einem weitgehend hohlen Adaptersleeve 6 und einem Trägerdorn 5 zusammengesetzt ist. Die Funktionseinheit zwischen Adaptersleeve 6 und Trägerdorn 5 kommt zustande, indem der Adapterseeve 6 über den Dorn 5 gezogen wird. Durch das Austauschen eines solchen Adaptersleeves 6 gegen einen Adaptersleeve 6 unterschiedlichen Umfanges lässt sich die Drucklänge besonders schnell ändern. In diesem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Drucksleeve 7, der die eigentliche Druckform trägt, über den Adaptersleeve 6 geschoben.

Der dritte Druckzylinder 18 weist nur einen Unterschied zu dem zweiten Druckzylinder 17 auf: Der Adaptersleeve 8 des dritten Druckzylinders 18 ist im Gegensatz zu dem Adaptersleeve 6 mit einem Schaummaterial - zumeist Polyurethan - gefüllt.

Wie bereits erwähnt, ist bei Druckzylindern die - wie die Druckzylinder 17 und 18 - im Wesentlichen aus Adaptersleeve 6, 8 und Trägerdorn 5 bestehen, damit zu rechnen, dass sich das Trägheitsmoment des Druckzylinders stark verändert, wenn der Adaptersleeve 6, 8 gewechselt wird.

Daher ist es vorteilhaft, nach einem solchen Wechsel zumindest einmal die kritischen Frequenzen des „umgebauten" Druckzylinders zu überprüfen.

Figur 4 zeigt noch einmal eine Skizze eines Druckwerkes - hier des zweiten Druckwerkes 16 - das wie das Druckwerk 11 über einen Antrieb 1 und einen Druckzylinder 3 verfügt. Anders als bei dem ersten Druckwerk 11 wird das Drehmoment zwischen Motor 1 und Druckzylinder 3 jedoch nicht getriebelos über eine Balgkupplung 2 übertragen. Beim zweiten Druckwerk 16 dienen die Zahnräder 19 und 20 als Getriebe. Sie übersetzen das Antriebsdrehmoment.

Wichtig ist, dass weder die Balgkupplung 2 noch das Getriebe unendlich steif sein können, so dass es in dem Gesamtsystem Antriebsstrang immer zu Schwingungen kommen wird. Tests haben gezeigt, dass der Antriebsstrang des direkt angetriebenen Druckwerkes 11 noch anfälliger gegen Schwingungen ist als der des getriebebehafteten Druckwerkes 16. Aus diesem Grunde ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen bei direkt angetriebenen Druckwerken 3 besonders vorteilhaft.