Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
PRO DOT ist ein System, mit dem im Weltmarkt befindliche Tiefdruckgraviermaschinen zu bedeutend produktiveren und qualitativ besser produzierenden Maschinen aufger\u00fcstet werden k\u00f6nnen. Bei der Herstellung der kostenintensiven Druckformen (Druckzylinder) entstehen Fehler, die beim Druck als starke Farbunterschiede sichtbar werden. Diese Fehler m\u00fcssen dann durch ein kostenintensives manuelles Korrekturverfahren beseitigt werden. Durch die v\u00f6llig neuartige PRO DOT- Graviertechnologie wird es zuk\u00fcnftig m\u00f6glich sein, die Qualit\u00e4t der Gravur so weit zu verbessern, dass diese aufw\u00e4ndigen und kostenintensiven manuellen Korrekturen der Druckzylinder drastisch minimiert werden. Durch diese Qualit\u00e4tsverbesserung k\u00f6nnen in Europa gro\u00dfe Mengen an Papier, Chemikalien, Farbe und Energie eingespart werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNeukonstruktion der Graviereinheit auf der Grundlage der mit dem vorhandenen ersten Labormuster gesammelten Erfahrungen. Ziele der \u00dcberarbeitung sind u.a. modulare Austauschbarkeit der Verschlei\u00dfelemente und die Verringerung des Abstands zwischen Stichel und Gleitfu\u00df, um den Einflu\u00df von Ungenauigkeiten der Zylinderoberfl\u00e4che auf das Gravierergebnis zu minimieren. Integration eines auf Druckluft basierenden W\u00e4rmeabfuhrsystems f\u00fcr den Piezoantrieb, welches gleichzeitig zur Verringerung der L\u00e4rmentwicklung verwendet werden soll. Aufr\u00fcstung einer Versuchsmaschine mit einem Winkelgeber, um die Y-Aufl\u00f6sung zu verbessern. Dies dient einerseits der Anpassung der Maschine an die geplante h\u00f6here Graviergeschwindigkeit, andererseits werden durch die Kopplung mit der Hauptantriebswelle der Maschine mechanische Ungenauigkeiten aus Getriebe und Lagerungen erfa\u00dft und k\u00f6nnen kompensiert werden, was die Laufeigenschaften des Zylinders w\u00e4hrend der Gravur verbessert. Entwicklung und Bau einer Servicestation f\u00fcr den Gravierkopf, um bei einem Stichelwechsel oder beim Austausch der Antriebs- und Graviereinheit den Abstand von Stichel und Gleitfu\u00df genau einstellen zu k\u00f6nnen. Verwendung synthetischer Diamanten als Stichel und Optimierung der Stichelgeometrie zur Verbesserung der N\u00e4pfchenentleerung w\u00e4hrend des Druckvorgangs. Aufbau einer digitalen Endstufe auf FPGA-Basis zur Ansteuerung des Piezo-Aktors. Hierdurch wird eine Erh\u00f6hung des Wirkungsgrads der Endstufe auf \u00fcber 90 Prozent erreicht und die bei analogen Endstufen erforderliche doppelte Signalumwandlung vermieden. Entwicklung einer Elektronik und deren Programmierung, um die Taktsignale eines Winkelgebers (Strichscheibe) f\u00fcr den Antriebsmotor als Referenzpunkte zur Aufl\u00f6sung des Zylinderumfangs f\u00fcr das so genannte stochastische Raster (rasterfreie Gravur) nutzen zu k\u00f6nnen. Entwicklung einer auf Kundenbed\u00fcrfnisse anpassbaren Benutzeroberfl\u00e4che mit administrativer Ebenen- und Benutzerverwaltung. Die Einflussnahmem\u00f6glichkeit unterschiedlich qualifizierten Personals auf den Gravierproze\u00df soll \u00fcber die Benutzeroberfl\u00e4che geregelt werden. Erstellung der sogenannten rasterfreien Gravur (stochastisches Raster), um die Bildqualit\u00e4t stark zu verbessern. Die Erfahrungen aus dem Offset-Bereich werden hierbei f\u00fcr den Tiefdruck umgesetzt. Durchf\u00fchrung von Langzeittests, um die volle Funktionalit\u00e4t (auch das stochastische Raster) nachzuweisen und die Technologie zu optimieren. Das automatische Einkalibrieren der Gravierk\u00f6pfe wird in dieser Phase ebenfalls getestet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Nachfolgend sind die erreichten Ziele angelehnt an den Projektablaufplan dargestellt. Sie sind unterteilt in die Bereiche Mechanik sowie Elektronik und Programmierung. <\/p>\n
Es ist ein Gravierkopfprototyp konstruiert und gefertigt worden, der mechanisch kompatibel zu allen im Weltmarkt befindlichen Graviermaschinen ist. Diese Kompatibilit\u00e4t ist wichtig, da in einem ersten Schritt Tuning-Systeme f\u00fcr im Weltmarkt befindliche Graviermaschinen angeboten werden sollen. In den Gravierkopf ist eine Auffangeinrichtung f\u00fcr Graviersp\u00e4ne mit Absaugung integriert worden. Der Gleitfu\u00df kann mittels einer Feinstjustage \u00b5m-genau verstellt werden. Eine Permanentbel\u00fcftung durch absolut trockene und gereinigte Pressluft sorgt in der Aktorarbeitskammer f\u00fcr die W\u00e4rmeabfuhr. Au\u00dferdem wird durch den leichten \u00dcberdruck in der Arbeitskammer daf\u00fcr gesorgt, dass keine Graviersp\u00e4ne dort eindringen k\u00f6nnen. Es war entgegen dem urspr\u00fcnglichen Konzept m\u00f6glich, die elektronische Endstufe und deren Ansteuerungsplatine in dem Gravierkopf zu integrieren. Dadurch kann diese Hochleistungselektronik so abgeschirmt werden, dass sie keine EMV-St\u00f6rungen verursachen kann. Im Gravierkopf kann ein neuartiger Bewegungssensor integriert werden, der die tats\u00e4chliche Stichelbewegung online misst. Gemeinsam mit dem Hersteller dieses neuartigen Sensors sind erfolgreich Tests durchgef\u00fchrt worden. <\/p>\n
F\u00fcr die Hauptantriebswelle der Graviermaschine ist eine mechanische Glocke konstruiert und gefertigt und dort nebst einem Winkelgeber (Inkrementalgeber) installiert worden. Dieser Winkelgeber erzeugt einen Nullimpuls und Referenzpulse zur Synchronisation der Zylinderdrehgeschwindigkeit und des Graviertakts. <\/p>\n
Zur Montage des Aktors ist eine Vorrichtung konstruiert und gebaut worden, um ihn im Gravierkopf montieren zu k\u00f6nnen. Diese Servicestation ist von gro\u00dfer Bedeutung, da der Antrieb ein Verschlei\u00dfteil ist und nach einer in weiteren Tests zu ermittelnden Anzahl von Betriebsstunden gewechselt werden muss. <\/p>\n
Wir verf\u00fcgen \u00fcber eine weitere Servicestation, mit der der Gleitfu\u00df \u00b5m-genau zur Stichelspitze positioniert werden kann. Diese Servicestation ist ebenfalls sehr bedeutsam, da auch der Diamantstichel ein Verschlei\u00dfteil ist und ebenfalls – entweder bei einem Defekt oder nach x Betriebsstunden – gewechselt und jedes Mal der Gleitfu\u00df neu justiert werden muss. <\/p>\n
Von einem renommierten Diamantwerkzeughersteller ist ein synthetischer Diamant konstruiert und geschliffen worden, der andere Winkel als die jetzt \u00fcblichen aufweist. Diese Winkelgeometrien sind \u00fcber eine Reihe von Teststicheln \u00fcber Testgravuren ermittelt worden. Von dem Diamantwerkzeughersteller ist ebenfalls eine Stichelhalterung entwickelt und gebaut worden, die an dem Gravierhebel befestigt wird. Der Stichel mit Halterung ist f\u00fcr den Anwender einfacher zu montieren als die jetzt verwendeten. Mit dem synthetischen Diamanten kann eine h\u00f6here Standzeit erreicht werden. Bei den jetzt verwendeten Sticheln wird ein Stichelwechsel bei 4 kHz Gravierk\u00f6pfen nach 200 Betriebsstunden und bei 8 kHz Gravierk\u00f6pfen nach 100 Betriebsstunden vorgeschlagen. <\/p>\n
Die genaue Standzeit f\u00fcr unseren synthetischen Diamanten kann erst bei Testgravuren bei unserem Erstkunden ermittelt werden. Im eigenen Hause ist der Zylinderwechsel an der Graviermaschine sehr aufw\u00e4ndig, da wir nicht die daf\u00fcr ben\u00f6tigte Krananlage und die Galvanikanlage zur erneuten Aufkupferung eines Zylinders besitzen. <\/p>\n
Es ist eine neue Hardwareplattform auf einer FPGA-Basis entwickelt worden. Diese Plattform kommuniziert mit einem PC als Frontend. Sie f\u00fchrt die Synchronisation zwischen dem Zylinderrundlauf und dem Graviertakt durch und sendet in Echtzeit aufbereitete Gravierdaten an die Endstufensteuerung. Au\u00dferdem werden gemeinsam mit dem PC alle n\u00f6tigen Steuerungen f\u00fcr die gesamte Graviermaschine durchgef\u00fchrt. <\/p>\n
Die komplette Hardware ist getestet worden. Alle, insbesondere die Highspeed-Daten\u00fcbertragungen, funktionieren. <\/p>\n
F\u00fcr die Aktoransteuerung ist eine voll digitalisierte Endstufe mit einer Ansteuerung entwickelt worden. Sie arbeitet mit einer Frequenz von 16 kHz und ist variabel einstellbar. Sie wurde in den Gravierkopf integriert, was einen gro\u00dfen Fortschritt hinsichtlich der elektromagnetischen Vertr\u00e4glichkeit bedeutet. Sie besitzt einen Eingang f\u00fcr einen Bewegungssensor. <\/p>\n
Es sind 2 Bedienoberfl\u00e4chen angelegt worden. Die eine Oberfl\u00e4che dient dazu, die Parameter f\u00fcr das Gesamtsystem zu ver\u00e4ndern. Die andere Oberfl\u00e4che ist f\u00fcr den Anwender bzw. Maschinenbediener bestimmt. Er kann dar\u00fcber unterschiedliche Raster, verschiedene Zylinderumf\u00e4nge, die Farben Magenta, Gelb, Rot und Schwarz eingeben und die Gravur starten und stoppen, sowie den Graviersupport positionieren. Diese Oberfl\u00e4chen und deren Funktionalit\u00e4t werden im Laufe der Testphase st\u00e4ndig erweitert. Parallel dazu wird eine Serviceoberfl\u00e4che erstellt, um sp\u00e4ter eine Fernwartung durchf\u00fchren zu k\u00f6nnen. (siehe Anhang)<\/p>\n
Die gesamte Graviertechnologie ist so angelegt, dass in einem so genannten stochastischen Raster graviert werden k\u00f6nnte. Als stochastisches Raster bezeichnet man in der Druckindustrie ein Verfahren, mit dem nicht in einem starren Raster gedruckt wird, sondern sich die Rasterpunkte in einem beliebigen Abstand zueinander befinden. <\/p>\n
Bei den Testgravuren, speziell bei Verl\u00e4ufen \u00fcber den gesamten Zylinder, hat es sich gezeigt, dass die gesamte Elektronik und die dazu geh\u00f6rige Software sehr pr\u00e4zise und sauber arbeiten. Anhand unserer speziellen Graviertestbilder wird das System st\u00e4ndig weiter optimiert.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Eine Ver\u00f6ffentlichung der Entwicklungsergebnisse seitens der am F\u00f6rderprojekt beteiligten Firmen ist aus wettbewerblichen Gr\u00fcnden bis zum Vorliegen der Ergebnisse der Anschlu\u00dfphase vorerst nicht geplant.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Den Personalwechsel im Bereich Elektronik und hardwarenahe Programmierung haben wir zum Anlass genommen, das gesamte Entwicklungskonzept noch einmal kritisch zu durchleuchten. Dabei sind wir zu der Erkenntnis gekommen, einen etwas modifizierten Weg zum Erreichen des Ziels bei der Elektronikentwicklung und deren Programmierung einzuschlagen. Es wurde das angepeilte Ziel erreicht, ein Graviersystem zu erstellen, das zuk\u00fcnftig qualitativ besser graviert und die mechanisch und elektronisch bedingten Fehlerquellen bei den jetzt verwendeten Graviersystemen minimiert. <\/p>\n
Wir sind absolut sicher, dass mit der neuen Graviertechnologie zuk\u00fcnftig gro\u00dfe Mengen an Papier und Chemikalien, die bei der Korrektur von Tiefdruckzylindern durch das aufw\u00e4ndige manuelle \u00c4tzverfahren und den erneuten Andruck in der Druckmaschine anfallen, eingespart werden k\u00f6nnen. <\/p>\n
Bei den Graviertests hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft w\u00e4re, zuk\u00fcnftig einen anderen Aktor mit besseren elektrischen und mechanischen Werten einzusetzen. Das daf\u00fcr notwendige mechanische Redesign k\u00f6nnte Bestandteil eines Folgeprojekts sein.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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