„Wellenantriebe werden nach und nach Marktanteile verlieren, während wellenlose Antriebe allmählich den Markt übernehmen werden“, sagte Dr. Klaus Peters, der Begründer des Konzepts des wellenlosen Antriebs, einst voraus.
Vor über 20 Jahren entwickelte Bosch Rexroth in Zusammenarbeit mit KBA Printing Equipment die weltweit erste wellenlose Zeitungsdruckmaschine. Ihre Premiere auf der Drupa löste einen globalen Trend hin zu wellenlosen Druckmaschinen aus. Heute konzentrieren sich Druckereien und Hersteller weltweit auf die Entwicklung wellenloser Antriebstechnik, und die Prognosen von Dr. Klaus Peters werden zunehmend vom Markt bestätigt.
Wellenloses Getriebe Auch bekannt als elektronischer Wellenantrieb oder unabhängiger Antrieb, verwendet er einen Direktantriebsmotor anstelle des ursprünglichen Zahnrad- und Wellenantriebssystems. Dieser Ansatz bietet zahlreiche Vorteile für Druckmaschinen. Durch den Wegfall der mechanischen Antriebsketten jeder Druckeinheit werden die durch den Antrieb verursachten Auswirkungen auf die Druckqualität, wie beispielsweise Registerabweichungen aufgrund unvermeidbarer Drehmomentinstabilität und Getriebeverzögerungen, die zu Passerfehlern beim Beschleunigen oder Bremsen führen, eliminiert. Je mehr Antriebswellen und Zahnräder vorhanden sind, desto größer wird der kumulierte Fehlerkoeffizient. Die wellenlose Antriebstechnologie kann diesen Fehler jedoch vollständig vermeiden. Die verkürzte Anlaufzeit, die erhöhte Bedienfreundlichkeit und die verbesserte Steuerungsgenauigkeit sind weitere Gründe, warum viele Hersteller von Druckmaschinen die wellenlose Antriebstechnologie wählen.
Für Hersteller von Druckmaschinen beruht die Entscheidung für wellenlose Antriebe sowohl auf technischen als auch auf wirtschaftlichen Überlegungen. Ausländische Hersteller setzen bereits vollständig auf diese Technologie, und auch chinesische Unternehmen wie Beiren, Shanghai Gauss und Shanghai Ziguang haben verschiedene Arten von wellenlosen Druckmaschinen entwickelt und konstruiert. Experten der chinesischen Druckmaschinenbranche erwarten, dass die wellenlose Antriebstechnologie in den nächsten fünf Jahren in China eine bedeutende Entwicklung erfahren wird. Im Folgenden betrachten wir die praktischen Erfahrungen in- und ausländischer Unternehmen bei der Einführung dieser Technologie .
Bosch Rexroth : Flexodruckmaschine
Shanghai Ziguang Machinery Co., Ltd. ist ein auf Flexodruckmaschinen spezialisierter Hersteller. Die 2005 eingeführte YR420WZ gilt als erste Flexodruckmaschine Chinas mit einem wellenlosen Antriebssystem. Bosch Rexroth wählte für die Entwicklung das speziell für die Druck- und Papierindustrie konzipierte wellenlose Antriebssystem SYNAX200 .
Herr Chen Jincheng, Chefingenieur der Shanghai Ziguang Machinery Co., Ltd. , ist federführend bei der Entwicklung und Konstruktion der Flexodruckmaschine YR420WZ. Laut seinen Angaben umfassen die grundlegenden Steuerungsanforderungen für wellenlose Druckmaschinen drei Punkte: reibungsloses Ab- und Aufwickeln, konstante Spannung und präzise Registergenauigkeit. Die vom Bosch Rexroth SYNAX200 -System bereitgestellten Funktionen zur Synchronsteuerung, Ab- und Aufwickelsteuerung, Spannungsregelung und automatischen Registersteuerung werden in der Flexodruckmaschine YR420WZ erfolgreich eingesetzt.
Wie genau werden die Funktionen des SYNAX200-Systems in der Flexodruckmaschine YR420WZ implementiert? Herr Chen Jincheng und Herr Ling Jun von der Abteilung Elektronische Antriebe und Steuerung von Bosch Rexroth China haben uns dies detailliert erläutert. Die synchrone Steuerung der Druckmaschine umfasst die Positions-, Geschwindigkeits- und elektronische Kurvensynchronisation. Der Motion-Controller PPC-R22.1 im SYNAX200 -System berechnet und generiert kontinuierlich die Position der virtuellen Spindel und überträgt diese in Echtzeit per Glasfaser an jeden IndraDrive C/M -Antrieb . Dadurch wird ein synchroner Druckvorgang ermöglicht.
Das SYNAX200 -System bietet drei Auf- und Abwickelmethoden: schwimmende Walze, Spannungssensor und sensorlos. Die Flexodruckmaschine YR420WZ von Shanghai Ziguang nutzt die Position der schwimmenden Walze zur Anpassung der Auf- und Abwickelgeschwindigkeit. Das System besteht aus einem Servomotor (der die Abwickelwelle antreibt), einer schwimmenden Walze, einem Phasensensor und einem Servotreiber. Der Phasensensor erzeugt je nach Schwingungsposition der schwimmenden Walze unterschiedliche Spannungssignale, die an den Servotreiber gesendet werden, um die Rotation des Servomotors zu steuern. Das vom Phasensensor erzeugte Spannungssignal in Mittelstellung der schwimmenden Walze dient als Sollwert. Der Positionserkennungswert ändert sich kontinuierlich mit der Position der schwimmenden Walze, und der Servotreiber passt die Geschwindigkeit durch Berechnungen an. „In der Praxis ist die Papierrolle nicht perfekt rund, sondern kann flach sein. Daher muss das Auf- und Abwickeln gleichmäßig erfolgen. Dieses System funktioniert sehr gut“, kommentierte Herr Chen Jincheng.
Da die Papierspannung einen erheblichen Einfluss auf die Passergenauigkeit beim Drucken hat, ist eine konstante Spannung durch die Spannungsregelung unerlässlich. An beiden Enden der Detektionswalze sind Spannungssensoren installiert. Durch Verstärkung der Signale und Umwandlung in analoge Signale, die vom Treiber verarbeitet werden können, wird die Anfangswalzengeschwindigkeit mithilfe einer Reihe von Berechnungen angepasst, um eine gleichmäßige Oberflächengeschwindigkeit zu gewährleisten und somit die konstante Papierspannung zu erreichen. Neben dem Ab- und Aufwickeln ist eine weitere Spannungsregelung auch beim Ein- und Austritt des Papiers in die Druck- und Weiterverarbeitungseinheiten (Stanzen, Heißprägen usw.) erforderlich, um optimale Druckbedingungen zu gewährleisten.
Unter Verwendung eines einfachen IndraDrive -Servoreglers und eines MAD -Motors Zum Auf- und Abwickeln sowie zur sekundären Spannungsregelung des MSK -Motors muss der Bediener lediglich einfache Parameter über das integrierte VEP- Rexroth-Terminal eingeben , und das System kann diese beiden Aufgaben automatisch erledigen.
Die automatische Registrierung ist komplexer zu steuern als die Spannungsregelung, da die anfängliche Spannungseinstellung konstant ist, während die Soll- und Sollwerte für die Farbmarkierungspositionen bei der Registrierungsregelung variabel sind. Zudem stellt die automatische Registrierung hohe Anforderungen an die Verarbeitungszeit des Farbmarkierungssensors. Dieser verarbeitet die erfassten Farbmarkierungspositionsinformationen auf dem Papier mit hoher Geschwindigkeit und überträgt sie an einen Servotreiber mit einem Hochgeschwindigkeitsdatenport (Reaktionszeit < 1 µs). Anschließend wird ein MSK- Motor eingesetzt, um eine dynamische Phasenverschiebung durchzuführen und so eine präzise Registrierung zu erreichen.
„Durch den Einsatz der wellenlosen Antriebstechnologie konnte die Modularität der Druckmaschine verbessert und die Nebenzeiten reduziert werden, was zu einer deutlichen Verbesserung der Papierspannung geführt hat. Die Registergenauigkeit wurde von ± 0,127 mm auf ± 0,06 mm verbessert , bei gleichzeitig höherer Registergeschwindigkeit und geringerem Materialverbrauch. Dank dieser Technologie konnte Shanghai Ziguang Machinery Co., Ltd. die Lücke im Markt für servogesteuerte Flexodruckmaschinen in China schließen“, erklärte Chen Jincheng.
Danaher Motion: Maschinen für den Wellpappendruck
Einer der Kunden von Danaher Motion entschied sich bei der Neugestaltung seiner Wellpappendruckmaschine für den Cartridge DDR™ (Direktantrieb-Rotationsmotor) von Danaher Motion . Die gesamte Anlage wies über 2.000 Teile weniger auf, was die Konstruktion vereinfachte, die Positionierungsgenauigkeit beim Drucken deutlich verbesserte, die Bedienung erleichterte und die Wartungskosten senkte.
Dieser Hersteller von Druckmaschinen erklärte, dass er lange Zeit Produkte eines anderen Anbieters verwendet hatte. Nachdem er von den zahlreichen Vorteilen des Cartridge DDR-Motors erfahren hatte, entschied er sich, diesen für die Druck- und Stanzwerke seiner Druckmaschine einzusetzen. Die modernisierte Druckmaschine verwendet drei DDR- Motoren pro Druckwerk , drei DDR- Motoren pro Stanzwerk und zwei DDR- Motoren für den Längstransport . Zusätzlich wählte man bewährte AKM -Servomotoren als Hilfsantriebskomponenten, Walzen der Serie 500 und Kugelgewindetriebe von BS&A . Die Treiber gehören zur SERVOSTAR S600- Serie und nutzen SERCOS für die Kommunikation zwischen den Geräten. Die mit Cartridge DDR™ ausgestattete, modernisierte Druckmaschine ist deutlich einfacher als ihr Vorgängermodell , und die Direktantriebstechnologie ermöglicht eine problemlose Erweiterung von einer 5-Farben- auf eine 10- Farben-Maschine.
Diese neu gestaltete Druckanlage ist eine 5 -Farben-Flexodruckmaschine. Vor der Neugestaltung nutzte die gesamte Druckeinheit ein mechanisches Antriebssystem. Die Druckwalzen der einzelnen Druckwerke waren über Zahnräder verbunden, und die Druckwerke selbst waren über eine lange mechanische Seitenwelle, angetrieben von einem Hochleistungsmotor, miteinander verbunden. Diese Art von Druckmaschine war sperrig und arbeitete mit relativ niedriger Geschwindigkeit, erforderte aber eine hohe Druckgenauigkeit. Die Phasensynchronisation der Druckwalzen stellte dabei eine Herausforderung dar. Jede Druckwalze war etwa 3 Meter lang und wies eine große Masse und Trägheit auf, was Prozessanpassungen sehr aufwendig, zeitintensiv, arbeitsintensiv und mitunter unmöglich machte. „Nach der Neugestaltung mit Direktantriebstechnologie wird jede Druckwalze von einem DDR- Motor angetrieben. Dadurch entfallen die Zahnräder und die langen mechanischen Wellen des ursprünglichen mechanischen Antriebssystems. Jede Welle kann individuell an die Phasenanforderungen angepasst werden, und das Geschwindigkeitsverhältnis jedes Druckwerks lässt sich innerhalb des Geschwindigkeitsbereichs frei einstellen. Die Flexibilität und die Positioniergenauigkeit der gesamten Anlage wurden verbessert“, erklärte Herr Shan Ruguo, Key Account Manager von Danaher Motion . Neben verbesserter Bedienfreundlichkeit und präziserer Positionierung bietet CDDR ( Continuous Direct Drive) mehr Flexibilität bei Prozessanpassungen und Systemkonfiguration. Jede Druckeinheit der Druckmaschine kann unabhängig voneinander in den Betriebs- oder Stoppzustand versetzt werden. So lassen sich eine oder mehrere Druckeinheiten gleichzeitig konfigurieren, während andere in Betrieb sind. Diese Funktion des gleichzeitigen Betriebs und der Konfiguration optimiert die Maschinenauslastung erheblich, was insbesondere bei Kleinserien von Vorteil ist – etwas, das mit herkömmlichen Zahnrad- und mechanischen Langwellenantrieben nicht möglich ist . „ Beispielsweise lässt sich diese 5-Farben-Druckmaschine vollständig mit Direktantriebstechnologie auf 10 Farben erweitern.“
„Direktantriebstechnologie ist nicht exklusiv für Danaher Motion ; viele Anbieter bieten Direktantriebsmotoren an. Der Grund, warum sich Kunden für die CDDR- Technologie von Danaher Motion entschieden haben, liegt nicht nur in der Erfüllung diverser technischer Spezifikationen, sondern auch in der einzigartigen Konstruktion, die eine besonders einfache Installation ermöglicht. Der Cartridge-DDR- Motor zeichnet sich durch seine kompakte Bauweise aus und ist sofort einsatzbereit. Von der Installation bis zur vollständigen Inbetriebnahme vergehen weniger als 30 Minuten.“ Herr Shan Ruguo erläuterte außerdem, dass die Entwicklung wellenloser Druckmaschinen zwei zentrale Herausforderungen mit sich bringt: die Auswahl der Motoren und die Entwicklung des Algorithmus, einschließlich Phasensynchronisation und Registergenauigkeit. Für diese Druckmaschine wurde der Servotreiber SERVOSTAR 600 in Kombination mit CDDR sowie die MEI- Bewegungssteuerungskarte ausgewählt. Entsprechend wurden die Funktionen für Phasensynchronisation und Registergenauigkeit speziell für die Druckindustrie entwickelt.
Anwendung der wellenlosen Technologie in der Beirener Zeitungsdruckerei
Beiren Printing Machinery Co., Ltd. zählt zu den ersten chinesischen Herstellern von Druckmaschinen, die sich mit wellenloser Antriebstechnologie auseinandergesetzt haben. Seit 2001 arbeitet Beiren mit Bosch Rexroth und Baumüller an der Entwicklung und Konstruktion wellenloser Druckmaschinen. Die 2006 eingeführte Zeitungsdruckmaschine 75A entstand in Zusammenarbeit mit Nishiken Graphics Co., Ltd. aus Japan. Sie nutzt die wellenlose Antriebstechnologie von Mitsubishi, und die Druckeinheit ist in einer gängigen H- Bauweise ausgeführt. Jede H- Einheit verfügt über zwei Motoren, die jeweils eine BB- Einheit antreiben und so den gleichzeitigen Betrieb verschiedener Farbgruppen ermöglichen.
Die Zeitungsdruckmaschine 75A eignet sich für den doppelseitigen Vierfarbdruck von Rollenzeitungen und kann auch für verschiedene Kombinationsdruckverfahren wie 4+4- Farben-, 2+2- Farben- und Mehrbahndruck eingesetzt werden. Die Falzmaschine verfügt über dynamische Größenanpassung und Seitenauswahlfunktionen und kann bis zu acht Bahnen falten. Dank ihres modularen Designs und der wellenlosen Technologie erfüllt die Maschine optimal die Bedürfnisse unterschiedlicher Anwender und ermöglicht eine flexible Erweiterung der Anlagenkonfiguration mit dem Wachstum des Unternehmens.
Laut Technikern der Beiren Printing Machinery Manufacturing Branch erreicht die Zeitungsrotationsdruckmaschine 75A eine Druckgeschwindigkeit von 75.000 Bogen pro Stunde – den höchsten Wert in China. „Diese Druckmaschine nutzt wellenlose Antriebstechnologie, was eine hervorragende Erweiterbarkeit und die einfache Erhöhung der Anzahl der Druckplatten ermöglicht. Darüber hinaus wurden Druckgenauigkeit, Geschwindigkeit und Stabilität deutlich verbessert. In unseren zahlreichen Druckversuchen lief die Maschine konstant stabil, was unser Vertrauen weiter stärkte. Alle drei produzierten Turmdruckmaschinen sind bereits verkauft: Eine wurde von Xiyan zurückgekauft, die anderen beiden von der Sports Daily.“ Für die Bediener erleichtert die Konstruktion der 75A die tägliche Arbeit erheblich. Sie müssen lediglich die Einstellungen am Bedienfeld eingeben, um die Drucklinie hinsichtlich Passergenauigkeit, Farbmenge und Falz anzupassen. Dies unterstreicht die zunehmende Bedeutung der elektrischen Komponenten der Druckmaschine, ein Punkt, der durch die Verbreitung der wellenlosen Technologie weiter bekräftigt wird.
