Die Biegeschwingungen von Druckzylindern limitieren die zulässige Papierbahnbreite und damit die Produktivität der Anlage. Herkömmliche passive Verfahren zur Schwingungsminderung sind weitgehend ausgeschöpft bzw. ungeeignet. Aktive Verfahren besitzen aufgrund ihrer Leistungs- und Anpassungsfähigkeit das Potenzial, die Schwingungsamplituden von Druckzylindern zu reduzieren. Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Arbeit die aktive Minderung von stoßartig angeregten Schwingungen in Rollenoffset-Druckmaschinen mittels Piezoaktoren an den Lagerstellen untersucht. Neben der Erarbeitung eines Strukturmodells, der im Rollkontakt gekoppelten Zylinder eines Druckwerks, lag der Fokus auch auf der Entwicklung eines Prototyps einer aktiven Lagereinheit mit integrierten Piezostapelaktoren. Am Berechnungsmodell wurde die Minderung der durch Kanalschlag angeregten Schwingungen für eine adaptive Störgrößenaufschaltung mit iterativ optimierter Stellspannungsamplitude und für eine Zustandsregelung mit Beobachter untersucht. Die Komponenten zur aktiven Minderung wurden modellbasiert ausgelegt. Zur messtechnischen Validierung der Modelle wurde ein schwingungskritisches Druckwerk im Maßstab 1:1 in einem Versuchsstand aufgebaut und der Funktionsnachweis der entwickelten aktiven Lagereinheit erbracht. Die hohe Amplitudenreduktion um über 50% aus den Simulationsrechnungen wurde durch die Messungen bestätigt. Zur Bewertung der Ergebnisse, vor dem Hintergrund erreichbarer Papierbahnbreitenerhöhung, kam ein vereinfachtes Prozessmodell zur Beschreibung der Qualitätsbeeinträchtigung des Druckproduktes infolge von Relativbewegungen der Druckzylinder zum Einsatz. Danach kann mit der erarbeiteten Lösung eine Erhöhung der Papierbahnbreite um ca. 30.50% gegenüber der passiven Struktur ohne Einbußen in der Druckqualität realisiert werden. Das erschließt auch einen Spielraum für neue Druckmaschinenkonzepte mit deutlich höherer Produktivität und Flexibilität in der Produktgestaltung.
Aktualisiert: 2019-10-17
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