Drucker 07.05.2004, 18:30 Uhr

Elektronische Antriebe sorgen für guten Druck

Immer höhere Produktionsgeschwindigkeiten, Papierbahnbreiten und Genauigkeitsanforderungen besonders beim Farbdruck überschreiten die Grenzen der mechanisch gekoppelten Antriebe in Druckmaschinen. Elektronisch über Bussysteme synchronisierte Einzelantriebe haben sich daher bereits etabliert. Doch die Vernetzung geht weiter.

Früher wurden die Druckeinheiten durch eine Längswelle angetrieben. Die Blind- und Verspannungsmomente, welche sich zwischen den Druckeinheiten dynamisch aufbauten, waren in den Zustandsgrößen des zentralen Antriebs nicht zu detektieren. Aus den Antriebsgrößen wie Drehzahl und Moment ließen sich keine Aussagen über den Momentenbedarf einer einzelnen Druckeinheit ableiten“, erläutert Nils-Hendric Schall, Entwicklungsleiter bei der Augsburger MAN Roland Druckmaschinen AG.
Steigende Druckfehler, besonders die so genannten Register- und Dublierfehler, führten zur Ablösung der mechanisch betriebenen Druckmaschinen. Erste Rollenoffset-Rotationsdruckmaschinen mit elektronisch synchronisierten Antrieben wurden ab 1996 produktiv eingesetzt und ersetzten die über Synchronwellen mechanisch angetriebenen Druckzylinder, Zugwalzen und Falzzylinder.
Durch den Ersatz der mechanischen Kupplung konnten nicht nur technische Vorteile wie Eliminierung von Torsionsschwingungen erzielt werden, auch die erwarteten wirtschaftlichen Vorteile wie bessere Druckqualität und höhere Produktionsleistung haben sich weit gehend eingestellt.
„Die neue Bauweise hat eine deutliche Senkung der Herstellkosten im Druckmaschinenbau ermöglicht“, erklärt Martin Fröhlich, Technischer Leiter bei Wifag, einem Schweizer Hersteller von Rollenrotationsmaschinen für Zeitungen und Magazine.
„Die Antriebselektronik konnte in die Druckmaschine integriert werden und damit ließen sich die Kosten durch modularen Aufbau sowie durch den Test vollständiger Baugruppen erheblich reduzieren“, ergänzt Fröhlich. „Und Steuerungs- und Antriebskompetenz im eigenen Haus sind daher für uns zwingend erforderlich, um auch die immer komplexeren Kommunikationsvorgänge innerhalb der Maschine zu beherrschen“, erläutert Manfred Jurkewitz, Entwicklungschef bei Heidelberger Druckmaschinen.
Die Synchronisation der Antriebe erfolgt über eine so genannte virtuelle „Königswelle“, welche die Lagesollwerte zyklisch an die verteilten Antriebe übermitteln. Dabei leitet ein „Bussystem“, die Daten an die einzelnen Antriebssteuerungen entweder als Kupfer- oder Lichtwellenleiter weiter.
Hier ist ein Echtzeitverhalten – in der Regel Reaktionszeiten im Mikrosekundenbereich – Voraussetzung für hoch qualitative Farbdrucke auch bei hohen Geschwindigkeiten. „Die Anforderungen lassen sich in einen Pflichtteil für registerhaltigen Druck und einen optionalen Teil für präventive Diagnose beispielsweise unterteilen“, so Schall.
Pflichtanforderungen seien eine zeitäquidistante Synchronisation der Antriebe und eine ausreichende Nettobandbreite zur Versorgung der Teilnehmer mit Soll- und Ist-Daten. Optional seien eine direkte Kommunikation zwischen Antrieben oder die Ausgabe von Fehler- und Warnmeldungen. Heidelberg und MAN-Roland setzen hier auf Siemens-Technik mit dem Lichtwellenleiter-Bus Simolink, während Wifag den offenen Sercos-Bus präferiert.
Doch Simolink und Sercos unterstützen nicht die optionalen Anforderungen. Hier dürfte erst das Echtzeit-Ethernet einschließlich Ethernet-Sercos in den verschiedenen Varianten ab dem kommenden Jahr für Abhilfe sorgen.
„Auch die Anforderungen an Steuerungen für Bogendruckmaschinen haben sich in den letzten Jahren weiter stark erhöht. Der Kunde möchte neben einer hohen Verfügbarkeit und einem Höchstmaß an Sicherheit vor allem die Aspekte Bedienkomfort, modulare Erweiterbarkeit und Vernetzung verwirklicht sehen“, gibt Manfred Jurkewitz Einblick in die Kundenwünsche.
„Die Steuerungs- und Regelungstechnik von Druckmaschinen führt zu einer Symbiose aus Mechanik und Elektronik und letztendlich zu einer durchgehenden Digitalisierung der Druckprozesse“, so der Entwicklungs-chef bei Heidelberg.
Die große Bandbreite der Bogendruckmaschinen von einem einfachen Druckwerk bis zu über 10 Druckwerken mit sehr hohem Automatisierungsgrad ergibt besondere Anforderungen. Es wurden stabile, industrielle Standards (Ethernet, Feldbus, CANopen) gewählt, denn die Lebensdauer der Maschinen von weit über 10 Jahren erfordert stabile Schnittstellen.
Allein in der Antriebstechnik sind drei bis zu 600 Motoren zu synchronisieren. Weiterhin haben die Anforderungen an die Antriebssteuerungen in puncto „Einfehlersicherheit“ deutlich zugenommen. Betriebszustände beliebiger Antriebe lassen sich redundant (zweikanalig) überwachen. Die „einfehlersicheren“ Antriebseinheiten haben dazu einen zweiten Rechner, der über den Feldbus Zugriff auf alle sicherheitsrelevanten Steuersignale hat und den Antrieb bei Fehlfunktion in einen sicheren Zustand bringt.
Dienste wie Diagnose- und Fehlerbehandlung sind durchgängig, die Daten lassen sich bis auf Aktorebene auch für eine Fernwartung darstellen. „Die Automatisierung auch bei Bogendruckmaschinen wird weiter voranschreiten. Mechanische Lösungen werden durch mechatronische Lösungen ersetzt und wo heute einfache Verstellbewegungen vorhanden sind, werden zukünftig intelligente Funktionen eingesetzt“, ist sich Jurkewitz sicher.
Die Vernetzung und noch stärkere Integration in die Wertschöpfungskette auf der Basis des CIP-4-Datenstandards dürfte diese Automatisierung weiter vorantreiben. „Ziel ist es, die Transparenz in Abläufen und bei den Kosten zu verbessern sowie die Prozesssicherheit in Druckereibetrieben zu erhöhen“, so Jurkewitz.ACHIM SCHARF

Ein Beitrag von:

  • Achim Scharf

    Ingenieur Achim Scharf ist Fachjournalist für Technikthemen und schreibt u.a. über Automation, Elektronik und IT-Themen.

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