专利名称：一种利用多个解偶马达驱动印刷机的设备与方法
技术领域：
本发明涉及用多个马达驱动印刷机的设备与方法。
德国专利申请DE1563591公开了一种设备，其中，多个马达在连接各个印刷单元的传动机构或驱动轴上感应出预定的转矩。传动机构可使各个印刷单元同步。由于转矩有富裕，因而使得齿侧面在同一方向上相互连续啮合，这是为了保证好的印刷质量。然而，由于在负载转矩连续变化时不能保证提供所要求的精确转矩，因而传动轮的弹性变形已经造成了印刷质量的明显降低，这是有害的。
通常将印刷单元分成独立的部分，利用单个驱动装置可以这样驱动这些独立部分，使得在每个印刷单元各部分内传动机构只发生轻微的弹性变形。各个印刷单元部分之间相互同步以保证纸张的精确传送。这种设备的缺点是各个印刷单元部分的质量很大，在一次转动过程中会承受不同的附加负载转矩。因此，为了获得独立驱动机器应有的印刷质量，需要进行非常复杂的调节。德国专利申请DE 4137979A1公开了另一种设计方案，它只对被印纸张的角同步传送进行实际控制。也就是说，调节作用只发生在有关传送点的一定角度范围内，在该角度范围之外只保持恒定的转动速度。这虽然使调节定时条件更容易设定，但印刷单元部分的质量却没有改变，仍然很大。
本发明的目的是提供一种能克服已有技术缺点的设备与方法。
按照本发明的解决方法具有权利要求1到11所述的特征。
本发明的优点是由于传送单元独立驱动使得印刷机解偶，并同时保留了便于调节的优点。
在分离前和分离后的印刷单元组分别用普通的齿轮传动机构相互连接，每个印刷单元具有一个驱动器。通过这种分离，相互连接的印刷单元呈现出了良好的低振动趋势，即，印刷单元组的固有频率仍然很高，因而即使在最大生产速度情况也不会产生振动。由于可以通过传送单元补偿相位移，因此这些驱动装置的调节不需要高精度地同步便可实现同相纸张传送。这样，传送单元前面和后面的印刷单元的驱动不需要快速调节，因而避免了由调节产生的振动，从而使印刷机生产出高质量的印刷品。各单独印刷单元产生的相位移通过调节传送单元得到补偿。这意味着纸张被从前面的印刷单元组同相接收到传送单元上，然后相位位置在被传送到后面的印刷单元组上的旋转运动过程得到校正，使得纸张再次被同相接收。传送单元可能得到快速调节，因为传送单元几乎没有什么质量，传送单元前面与后面的印刷单元组上不施加任何机械负载。此外，在这种场合可以使用具有好的调节特性(由于低负载转矩)的马达。特别适合用能够直接安装在传送单元的轴上的驱动装置。
传送单元可以用例如传送辊来实现。从技术上看，可以将传送单元设计成单旋转辊，即印刷辊的滑离运动(纸张+间距)与传送辊的滑离运动是等同的。此外还可以将传送辊设计成以
转或
转工作的因而周长为印刷辊周长的2倍或3倍的所谓存储筒。在任何速率下，传送辊的周长与印刷辊的周长都是整数关系。
然而，随着机械耦合的消除，这种整数关系并不是绝对需要的。例如，周长为印刷辊周长的2.5倍的传送辊具有进行相位校正的转动角度范围大的优点。还可以考虑用由辊道引起的两张纸之间的间隔进行相位调节。
例如，传送辊在接收到一张纸之后以与其前面的所有辊相同的圆周速度旋转。因而可以保证纸张不作任何相对于它的传送媒体的相对运动，因此不会有弄脏的危险。如果纸张位于印刷辊隙的外面，即，位于传送印刷单元的馈送面的外面，那么就可以被加速或减速，直到传送单元的相位与后面的印刷单元组的相位精确对齐为止。因而传送单元的旋转运动不是连续的，而是取决于直径和被调整的相位修正量。
接纸运动和传送运动不是同一个运动，而是在过渡期间它们的相位可以得到调节，首先对传送单元前面的印刷单元组产生影响，然后对所述传送单元后面的印刷单元组产生影响，这是非常有利的。
本发明的其它优点是通过设置相位关系可以进行记录器修正。在纸张接收与/或传送过程中的被控相位移可以用来表示被夹具夹住的纸张边缘是较宽还是较窄，从而启动记录器的设置。当按照本发明的设备被用于纸张翻转时也是如此。这意味着，传送单元替代了目前的全印刷存储筒。大家知道，在纸张翻转过程中，纸张的后边沿被接收，为了从正面印刷转换到全印刷以及为了各种格式必须进行各种设定或调整；这些工作可以利用每个控制按钮的简单程序转换来完成。从而大大减少了按照顺序准备改变机器的待机停顿次数。
通过本发明的设备与方法可以消除当前的一些问题在一个控制器发生故障的情况下，印刷机各部件可能失去同步状态，夹具区域出现冲突，可能导致印刷机的损坏。当用具有按设计要求的扁侧面的传送辊作为传送单元时，所述传送辊可以被放置在这样的位置上，即使得其前面或后面的印刷单元组不会造成任何损坏。在电源发生故障的情况下，通过发电机将动能转换成电能可以保证供电。当印刷机必须停下来进行清洗或进行其它工作循环时，传送辊还可以被放入这个安全位置。这可以减少生产准备时间。
每当要利用传送单元将印刷单元组或各个印刷单元相互连接起来时就可以应用本发明设备。
在本发明的另一个实施例中保留了利用传动机构的印刷单元组的机械耦合，且传送单元采用独立驱动。在这种情况下，传送单元也可以是单旋转辊。当从前面的印刷单元组上接收到纸张时，驱动装置使齿侧面之间在该方向上产生精确的啮合。原理上讲，也是传送单元与相关的印刷单元组之间的相位修正方法，虽然角度范围较小。当纸张从传送单元传送到后面的印刷单元组上时，便在该方向上建立了齿侧面之间的相关精确啮合。这是通过测量角度差的合适传感器完成的或通过合适的转矩测量设备完成的。例如，角度差的测量可以利用两个增量式编码器来执行，这两个增量式编码器分别直接放置在参与纸张传送的单元上。在传动轮弹性变形限制范围内的规定的被控角度差与施加的转矩成比例关系。
分开的印刷单元组由它的控制器进行调节，其方式为在纸张被传送时，它们起着独立机器的作用而不必考虑转矩是否得到校正。位于两个印刷单元组之间的传送单元的任务是以正确的方向实现齿侧面间的啮合。这意味着，在从前面的印刷单元组接收纸张到传送单元的情况下，转矩必须被指向传送单元。如果情况需要这样，这可以通过传送单元的驱动部分向传送单元施加制动转矩来实现。
在从传送单元向它后面的印刷单元组传送纸张的情况下，转矩必须被指向印刷单元组，这个转矩通过传送单元的驱动部分提供。
“印刷单元组”这个名称并不局限于一组印刷单元，它还包括印刷单元与供纸器的组合或印刷单元与传送带的组合。用在线方法处理纸张的浸漆装置或类似的成套设备的情况也是如此。
下面将参照附图对本发明作更加详细的说明，附图中
图1是按照本发明的设备的示意图；图2是驱动控制器的方框图；图3是驱动控制器的结构图；图4是控制策略的流程图5是传送单元的速度模型。
图1示出了具有多个串联装置的印刷单元2和3的印刷机1。待印刷的纸张由供纸器4提供并通过印刷单元2和3传送到传送带5上。印刷单元2与供纸器4通过传动机构相互连接，这用箭头6表示。马达7对印刷单元组2与供纸器4进行驱动。印刷单元3与传送带5同样是通过传动机构连接的，这用箭头8表示。马达9对印刷单元3和传送带5进行驱动。在两个印刷单元组2和3之间有一个在机械上与这两个印刷单元组2和3的齿轮组解偶的传送单元10。箭头11表示两个印刷装组2和3之间的传送单元10的功能。在示意性实施例中，传送单元10用传送辊来说明，但它可以是其它任何纸张传送设备。传送单元10由马达12驱动，它的角度位置用增量式编码器12’来测量。其它两个马达7、9的角度位置用增量式编码器7’、9’来测量。所有马达7、9、12分别由功率单元13、13’、13”提供所要求的电能。
这三个马达7、9、12由控制设备14来调节。控制设备14的任务是按照预先设定的速度对马达7和9进行调节，使两个印刷单元组2和3的角度差不超过预定的角度差。最大差值取决于传送单元10的驱动系统的动态范围。控制设备14的另外的任务是使传送单元10在接纸时刻准确对准所述传送单元前面的印刷单元组2的最后一个携纸辊或携纸筒以及使传送单元10在传纸时刻准确对准所述传送单元后面的印刷单元组3的第一个携纸辊或携纸筒。
布置在控制设备14前面的输入设备15向控制设备14发送各种设定值，如，速度、角度位置、加速度和制动功能等设定值。
本发明设备在紧靠传送单元10的相关携纸辊或携纸筒处放置了附加的增量式编码器7”和9”，这是有好处的。换句话说，把增量式编码器7’和9’分配给邻近传送单元10的辊而不是分配给被施加转矩的辊是可行的。
图2示出了驱动控制器的方框图。设定值发生器20输出预定的角度设定值phi soll、速度设定值n soll、和加速度设定值a soll。这些值被发送到相应的驱动控制器21、21’和21”上。驱动控制器21被分配给印刷单元组2的驱动马达7的功率部分13。驱动控制器21’被分配给印刷单元组3的驱动马达9的功率部分13’。驱动控制器21”被分配给传送单元10的驱动马达12的功率单元13”。印刷单元组2和3以及传送单元10根据被发送到各个驱动控制器21、21’和21”上的设定值phi soll、n soll和a soll进行工作。分别被分配给印刷单元组2、3和传送单元10的增量式编码器7’、9’、12’按照所述印刷单元组和所述传送单元的各个角度位置向驱动控制器21”发送它们的设定值，驱动控制器2”另外还接收有关结构上规定的纸张传送位置的信息。或者，可以通过传感器检测纸张边缘的位置或夹具的位置，并用检测出的值作为传送控制的实际值。用位置传感器和增量式传感器的组合也是可行的。通过确定传送位置22，在该角度位置产生从印刷单元组2到传送单元10的纸张传送。通过确定传送位置23，在该角度位置产生从传送单元10到印刷单元组3的纸张传送。传送位置22、23是由机械结构给定的，但在全印刷操作模式中它们可以由纸张格式来确定。
图3是如已有技术中所知的驱动控制器的结构示意图。设定值发生器20向驱动控制器输出设定值phi soll、n soll和a soll作为参考值。控制值由实际转速值n和实际角度值phi所组成，它们以增量式编码器7’、9’、12’的设定值为基准。控制器和被控系统包括以下部分比例控制器24、25，它们被作为位置控制器，其中Kp表示比例增益系数；比例积分控制器26，它被作为速度控制器，其中增益系数为Kpi；被控系统27，此处Ks表示被控系统的放大倍数，Ts表示被控系统的时间常数；计算器28，其中，实际角度值phi是根据实际速度值n计算的，S表示拉普拉斯算子。
图4是表示传送单元10与印刷单元组2和3协同工作的流程图。传送单元10与印刷单元组2的相对位置在一区内进行调节，传送单元10与印刷单元组3的相对位置在第二区内进行调节。由此，为传送单元的控制器分别计算角度设定值phi soll、速度设定值n soll和加速度设定值a soll，在下一步完成角度差的调节。
图5是在纸张传输期间，即在纸张被印刷单元组2接收、传输以及被传送到印刷单元组3期间传送单元10的速度趋势的示意图。这些不同的速度趋势用曲线30、31、32表示。
曲线30示出了恒速情况，它表示印刷单元组2与3之间没有相位移。在这种情况下，传送单元10的任务是将其速度准确维持在印刷单元组2和3的速度值上以便保证纸张传送的角度同步。
象曲线30那样，曲线31示出了在时间T1之前的恒速度过程。在时间T1，被传输的纸张仍然与传送单元10前面的筒或辊接触。如果传送单元10在这个时刻加速或制动，那么便会弄脏纸张。因此，在这个临界角度区域内，传送单元10以与印刷单元组2的最后一个筒或辊相同的圆周速度运动。从时刻T1起，整个纸张位于传送单元10上，从而可以进行相位修正。曲线31示出了从T1开始的加速度，即传送单元10运动以便获得它相对于它后面的印刷单元组3的角度差。从时刻T2开始，建立起相对于印刷单元组3的角度同步，传送单元10以恒速运动，即以与它后面的印刷单元组3相同的圆周速度运动。在T2与T3时间间隔内，纸张便可以从传送单元10传送到印刷单元组3上。这可以通过已知的控制凸轮来完成。传送单元10从时刻T3到时刻T4进行制动，这意味着传送单元10运动以便释放在时刻T1与T2之间被增加的角度差。在时刻T4又重新建立起传送单元10与印刷单元组2之间的角度同步，并可以产生从印刷单元组2到传送单元10的纸张接收的角度同步。从时刻T4起重复执行该过程，由此，曲线的幅值，即传送单元10的加速和制动具有不同的值，这取决于角度差的数值。
曲线31说明了印刷单元组2与印刷单元组3之间存在正向角度差的情况，即印刷单元组3超前于印刷单元组2的情况，而曲线32则说明了与此相反的情况，即印刷单元组2超前于印刷单元组3的情况。因而，传送单元10在T1与T2之间制动，在T3和T4之间加速。
权利要求
1.一种用于使至少两个形成馈纸印刷机(1)的印刷单元组(2、3)同步的设备，每个印刷单元组(2、3)至少由一个独立的驱动马达(7、9)和传动机构驱动，其特征为在印刷单元组(2、3)之间至少配备一个具有独立调速驱动马达(12)的传送单元(10)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征为提供了用于调节传送单元(10)的角度位置测量设备(7’、7”、9’、9”、12”)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征为提供了用于监视纸张边缘以便控制传送单元(10)的传感器。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征为传送单元(10)是机械解偶的。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征为传送单元(10)具有扁侧面。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征为传送单元(10)可以被放到免碰撞位置上。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征为传送单元(10)是传送辊。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征为传送单元(10)是逆转筒。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征为传送单元(10)是机械耦合的。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征为提供了用于调节齿侧面之间的啮合的转矩测量设备和角度位置测量设备(7’、7”、9’、9”、12”)。
11.一种用于实现由两个印刷单元组(2、3)之间的传送单元(10)的被印纸张的同步传送的方法，其中，印刷单元组(2、3)由各自的独立驱动器驱动，该方法的特征为通过两个印刷单元组之间的传送单元(10)，首先建立起传送单元(10)相对于它前面的印刷单元组(2)的相位同步，然后建立起传送单元(10)相对与它后面的印刷单元(3)的相位同步。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征为相位同步是通过前面的印刷单元组(2)的传动轮的齿侧面与传送单元(10)的传动轮的齿侧面之间的规定啮合和通过后面的印刷单元组(3)的传动轮的齿侧面与传送单元(10)的传动轮的齿侧面之间的规定啮合建立起来的。
全文摘要
本发明涉及用于使表示馈纸印刷机(1)的至少两个印刷单元组(2、3)同步的设备与方法。在两个印刷单元组(2、3)之间配备了传送单元(10),传送单元(10)可以借助于可独立控制的驱动器(12)进行工作。本发明用于以串联结构装配的馈纸印刷机。
文档编号B41F21/00GK1212926SQ98117629
公开日1999年4月7日 申请日期1998年8月24日 优先权日1997年9月26日
发明者克劳斯·哈特曼, 伯恩哈德·瓦根索默, 米夏埃尔·克吕格尔 申请人:海德堡印刷机械股份公司