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<H1>www.aud24.net : R. Bosse: "Druckmaschinen mit &sbquo;Digital Drive"</H1>
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Redaktion
> <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD>
<TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>20.11.2000</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Elektromotoren mit elektrischer Welle ersetzen mechanische Antriebswellen und mechanische Getriebe</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Erschienen in A&D NEWSLETTER 6/2000, S. 46<BR><BR>Die Idee, eine elektrische Welle an Rollendruckmaschinen zu verwenden, ist nicht neu. Die mechanischen Getriebe, Wellen und Kupplungen werden dabei durch elektrische Antriebe ersetzt. Es gab in den vergangenen Jahrzehnten mehrere Installationen, die über das Versuchsstadium nicht hinauskamen. Inzwischen haben die meisten neu installierten Illustrations-Rollenoffsetmaschinen keine durchgehende mechanische Welle. Diese Installationen arbeiten seit Jahren problemlos. Die erste Installation einer Zeitungsmaschine ohne mechanische Welle von ABB und WIFAG stammt aus dem Jahr 1994. Inzwischen haben alle anderen namhaften Druckmaschinenhersteller sowie Elektronik-Firmen eigene Entwicklungen vorgenommen und auf dem Markt platziert.<BR><BR>Das realisierte Konzept mutet revolutionär an. An einem Achterturm mit vier Doppeldruckwerken wird jedes Druckwerk separat angetrieben (Abb. 1). Ebenso erhalten der Falzapparat und die Einzugswalzen separate Antriebe.<BR>Statt der mechanischen Getriebe und Kupplungen, die jeder Drucker aus seiner Praxis kennt, wird nun eine opto-elektronische Koppelung aufgebaut. Außer der einfachen, aber wichtigen Synchronisation (alle Druckwerke müssen passgenau gleich schnell laufen) sind noch viele andere Funktionen durch Elektronik realisiert worden.<BR>Folgende Tendenzen bzgl. der Elektronik sind im Druckmaschinenbau zu beobachten:<BR><BR>· Die Mechanik, wie sie im Druckmaschinenbau bisher vorwiegend gebraucht wird, erfordert besonders hohe und damit teure Präzision, die erst bei hohen Stückzahlen, z.B. bei Bogenmaschinen im 3b-Format (70 x 100 cm), kostengünstig realisiert werden kann. Ist jedoch eine Detailverbesserung oder gar eine Neuentwicklung an den Druckmaschinen vorzunehmen, so sinken die zu fertigenden Stückzahlen erheblich - die Kosten für die erforderliche Präzision steigen rapide. In der Ersatzteilversorgung müssen dabei sowohl die bisherigen als auch die neuen Teile zur Verfügung stehen, um die notwendigen Serviceaufgaben erfüllen zu können. Bei größeren Rollendruckmaschinen (Zeitung, Tiefdruck, Illustrationsdruck) sind inzwischen die Serienzahlen sogar so klein geworden und die Entwicklung erfolgt so stürmisch, dass jede ausgelieferte Druckmaschine ein Unikat ist. Allein die Ersatzteilversorgung stellt an die Maschinenfabriken und deren Zulieferbetriebe gewaltige Anforderungen hinsichtlich Dokumentation, Logistik und Kosten. Letzten Endes muss der Kunde für den steigenden Aufwand des Ersatzteilservices bezahlen - was nicht gerade der Kundenzufriedenheit zuträglich ist.<BR>· Die Druckmaschinen enthalten bereits heute eine Vielfalt elektronischer Bauelemente. Sensoren, elektronische Steckkarten - viele hundert Meter Kabel, Stecker und Klemmleisten sind feste Bestandteile. Der Leistungsumfang und der Bedienungskomfort der Druckmaschinen ist dank der eingebauten Elektronik mit Bildschirmen an den Bedienungskonsolen deutlich besser geworden.<BR>· Die Elektronik-Hardware wird immer leistungsfähiger, sicherer und kostengünstiger. Komplizierte Systeme lassen sich aus Standardbauelementen modular aufbauen. In der Anzahl und der Kombination dieser Standardbauelemente steckt ein wesentlicher Teil der Individualität von Anlagen. Für die verschiedensten Messaufgaben sind immer bessere und preiswertere Sensoren verfügbar. Motoren und daran angeschlossene Aggregate der Mechanik, Hydraulik, Pneumatik werden immer bessere Aktuatoren. Alle diese Komponenten sind über Datenbus-Systeme standardmäßig miteinander verbunden. Software sorgt für das richtige Zusammenwirken all dieser Komponenten.<BR>· Die Software wird zur wichtigsten Komponente. Einerseits liefern die Maschinenfabriken die erforderliche Basissoftware. Andererseits werden die Betriebe in naher Zukunft in ihrer eigenen Organisation neben der bisherigen ‚kaufmännischen Software‘ mehr und mehr ‚Produktionssoftware‘ benützen. In dieser Software wird zukünftig das wesentliche Know-how des Betriebs liegen.<BR><BR>Eine moderne Rollendruckmaschine enthält viel weniger ‚Maschinenbau‘ als bisher üblich, dafür mehr Antriebsmotoren und Steuerelektronik. Dieses Konzept hat viele Vorteile, sodass sich die Mehrzahl der Zeitungsdruckereien dazu entschieden hat, Anlagen dieses Typs zu bestellen (Abb. 2). <BR>Neben dem Wegfall von Längswellen und Kegelradgetrieben werden viele Zahnräder eingespart. Besonders wichtig ist auch, dass weder PIV-Getriebe (Einzugswerk, Falzeinlauf) noch mechanische Umfangregister in exzentrisch gelagerten Zylinderlagern erforderlich sind. Jedes Druckwerk und jede separat angetriebene Walze kann, bezogen auf die Bahngeschwindigkeit, gezielt synchronisiert bzw. langsamer oder schneller eingestellt werden. Die Positioniergenauigkeit beträgt 10 µm. Die Drehgeschwindigkeit der Motoren ist beispielsweise im Bereich 1 : 4.000.000 regelbar. Das bedeutet für die Einstellung der Papierdehnung im Einzugswerk oder an den Einzugswalzen des Falzapparats eine einstellbare Geschwindigkeitsdifferenz auf 1 : 4.000.000 also 0,25 * 10<sup>-6</sup> bzw. 0,25 * 10<sup>-4</sup>% oder 0,000.025%. Vergleicht man diese Einstellgenauigkeit mit den Anforderungen bzw. mit der Anzeigegenauigkeit an den bisher üblichen Zeitungsmaschinen, so sind die hier erreichbaren Werte nahezu phantastisch. Eine Einstellung der Papierbahndehnung auf Bruchteile eines Promilles genau ist eine hervorragende Voraussetzung für einen präzisen Passer. Die Mehrzahl der Hersteller propagieren, dass die Papierbahn einer Rollenoffsetmaschine bei konstanter Dehnung zu bedrucken ist. ABB/WIFAG haben ein neuartiges Regelkonzept, genannt ‚DROOP‘, entwickelt, das auf Laständerungen äußerst schnell reagiert. Eine Passergenauigkeit von etwa 10 µm ist bei der vorgegebenen Positionsgenauigkeit möglich. Das ist viel genauer als wir das von Zeitungsmaschinen bisher kennen. Praxisübliche Illustrationsdruckmaschinen erreichen diesen Wert bereits.<BR>Es gibt viele weitere Vorteile des hier zu beschreibenden Systems. Durch den Wegfall der Getriebe und Getriebewellen sowie durch die Vielzahl kleiner Motoren ist die zu bewegende Masse wesentlich geringer als bei einem konventionellem Antrieb. Also ist weniger Energieverbrauch und eine geringere Anschlussleistung erforderlich. Weiterhin sind die elektrischen Wellen sehr torsionsstabil, d.h. die oben angegebenen 10 µm sind die elektrisch definierte maximale ‚Verwindung‘ der gesamten elektrischen Welle, unabhängig vom Abstand der verbundenen Aggregate und unabhängig von der übertragenen Leistung. Solange der richtige Motor an einer Antriebsstelle vorhanden ist, kann der Antrieb mit dieser Präzision erfolgen. Im Falle eines Stoppers oder eines Nothalts kann jedes Aggregat gezielt angehalten werden. Die Bremsleistung wird elektrisch aufgebracht und fließt als Nutzleistung ans Netz zurück.<BR>Zusätzlich zum digital gesteuerten Antrieb mit Antriebs-, Steuer- und Automatisierungsaufgaben kommen noch Module für Produktionsmanagement, Leitstand, Steuersystem und Energieverteilung/Antrieb als wesentliche Komponenten dazu. Die schematische Prinzipskizze einer Druckmaschine mit mechanischer Längswelle weist keine Unterschiede zu einer gleichartigen Maschine mit elektrischer Welle auf, wie Abbildung 2 und Tab. 1 verdeutlichen.<BR>Der wesentliche Vorteil der elektronischen Bauelemente gegenüber ihrem mechanischen Pendant ist die wesentlich flexibleren Einsatzmöglichkeiten: So ist z.B. der Achsabstand eines Zahnradpaars mit einer bestimmten Übersetzung festgelegt. Soll die Übersetzung geändert werden, so ist das nur durch einem aufwändigen Umbau möglich. Bei einem elektrischen Getriebe lässt sich das Übersetzungsverhältnis softwareseitig nahezu frei ändern, wobei der Achsabstand beliebig sein kann. Zwei durch ein elektrisches Getriebe verbundenen Achsen müssen nicht einmal miteinander fluchten. Gleichartige Betrachtungen lassen sich für nahezu jedes andere mechanische Bauelement anstellen. Die Längsregisterverstellung eines Druckwerks benötigt, wenn sie rein elektronisch aufgebaut ist, kein Getriebe mit Verstellmotor, sondern der Antriebsmotor erhält den Befehl, sich entsprechend der Phasenlage der Synchronisation um einen definierten Winkelbetrag vor oder zurück zu bewegen.<BR><BR>Applikationsbeispiel<BR><BR>Ein Achterturm sieht nun auf den ersten Blick wie ein konventioneller Aufbau aus (Abb. 1). Bei genauer Betrachtung ist zu erkennen, dass jeder Gummituchzylinder separat durch einen Motor (M) angetrieben wird. Die Motoren erhalten die Antriebsenergie aus je einem ‚SDS100‘-Antriebssystem, das über das Sercos-Echtzeitkommunikationsinterface die Dreh- und Positionierbefehle erhält. Jeder Motor ist über ein Steuer- und Regelsystem (I/O, Ein/Ausgabe), Feldbus (‚MSPFP‘), Regler (‚AC110‘) mit dem übergeordneten Feldbus (‚AF100‘) verbunden (Abb. 3 (Überblick) und Abb. 4 (Detail)).<BR>Der Systemaufbau folgt dem bewährten Prinzip der dezentralen Funktionsverteilung. Daraus resultiert eine hohe Verfügbarkeit und Übersichtlichkeit. Dort wo übergreifende Funktionen vorkommen, werden redundante Komponenten eingesetzt. Bei der Auslegung des Gesamtsystems wurde berücksichtigt, dass ein einzelner Fehler in einem Teilsystem grundsätzlich keine größeren Auswirkungen zeigt als ein korrespondierender Fehler im mechanischen Teil. <BR>Ein Druckmaschinensystem kann sehr flexibel aufgebaut werden. Die jeweilige Position der Achtertürme und die des Falzapparats können nach übergeordneten Gesichtspunkten des Gebäudes oder der Logistik erfolgen. Auch ist es relativ einfach eine bereits existierende Druckmaschine mit neuen Komponenten zu erweitern, die nur über eine Kommunikationsleitung mit dem bisherigen System verbunden sind. Der Regler AC110 enthält eine speicherprogrammierbare Steuerung. Es wird eine ‚Funktionsblocksprache‘ verwendet, die der Anwender bereits nach kurzer Einführungszeit sicher beherrscht. Bei dieser Art der Programmierung wird die Aufgabenstellung durch Verknüpfungslogik, analoge Signalverarbeitung oder Ablaufsteuerung grafisch dargestellt. Hinterlegte Test- und Fehlersuchroutinen unterstützen den Anwender bei der Inbetriebnahme und Störungssuche. Die rechnergestützte Archivierung und Dokumentation der Programme sorgt dafür, dass stets aktuelle Funktionspläne vorliegen (Abb. 4).<BR><BR>Zusammenfassung und Ausblick<BR><BR>Für den Käufer und Betreiber einer Druckmaschine kommt es heute noch mehr darauf an, den eigenen Markt zu kennen, die Entwicklung (bzw. Entwicklungsfähigkeit) abzuschätzen, um dann die daran am besten angepasste Maschinenkonfiguration zusammenzustellen. Derartig aufgebaute Maschinen lassen sich mit der neuen Technik leichter modifizieren. Sie sind flexibler und leichter an die Änderungen des Marktes anzupassen. Die Druckmaschinenfabriken haben sich mit diesen Systemen noch weiter zu Komplettanbietern gewandelt, die eindeutig die Gesamtverantwortung tragen, die derartige Anlagen planen und konfigurieren.<BR>In Zukunft werden die Druckbetriebe ihr Know-how in Form von anwenderspezifischen Programmen zur Verfügung haben. Damit werden die Drucker auch weiterhin Papier farbig bedrucken. Wenn die Entwicklung im Bereich der Vorstufen zusätzlich berücksichtigt wird, werden die Drucker mehr und mehr den Output von Multimediaanwendungen erstellen, also nach wie vor auch Drucksachen erzeugen. Die Datenübertragungsrate einer modernen Druckmaschine (Bahngeschwindigkeit bis 15 m/s, Bahnbreite bis 2,60 m, beidseitig bedruckt) ist mit vielen Gigabyte/s um einige Zehnerpotenzen leistungsfähiger als alle ‚Direct-Computeroutputs‘. Die Signaturwechsel werden schneller und die Rüstzeiten werden kürzer. Die Gearless Press ist ein markanter Schritt in diese Richtung.<BR></TD>
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<P><I>Diese Seite wurde am 22.09.2006, 13:54 Uhr aktualisiert</I></P>
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