DE102004022234A1 - Druckmaschine mit Gleichspannungszwischenkreise - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckmaschine mit mehreren Modulen (6, 8, 9, 11) und mehreren Gleichspannungszwischenkreisen (14.1 bis 14.4) zur Energieversorgung der Module (6, 8, 9, 11). Erfindungsgemäß sind die Gleichspannungszwischenkreise (14.1 bis 14.4) über einen Gleichspannungsversorgungsbus (DC-BUS) parallel geschaltet, der von einem Versorgungsmodul (1) mit einer gleichgerichteten Netzeingangsspannung versorgbar ist und eine Schnittstelle (2) zur Ankopplung von Energiequellen (3, 4, 5) zur Stabilisierung des Gleichspannungsversorgungsbusses (DC-BUS) umfasst.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Druckmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Heutige Druckmaschinen werden immer weiter dezentralisiert und aus einzelnen Modulen aufgebaut, wie beispielsweise An-/Ausleger, Drucktürme, Lacktürme etc. Jedes dieser Module beinhaltet eine eigene Stromversorgung für Steuerungstechnik, Hilfsantriebe zum Betrieb einzelner Walzen, Farb-/Feuchtduktoren und Positionierantriebe z.B. für Formatumstellungen. Übergeordnet ist in der Regel ein Hauptantrieb für den Betrieb der Druck gebenden Zylinder der Maschine, wie beispielsweise Platten-, Gummi- und Druckzylinder usw., und deren Zusatzteile wie An- und Ausleger vorhanden. Dieser Hauptantrieb kann zentral mit einem Hauptantriebsmotor und einer zugehörigen Antriebssteuerung aufgebaut sein und die komplette Maschine antreiben. Im Zuge der Weiterentwicklung kann der Hauptantrieb aber auch auf mehrere Einzelantriebe aufgeteilt sein, die nur einzelne Module antreiben und entsprechend den Anforderungen synchronisiert sind. Im Sinne der Erfindung ist auch der übergeordnete Leitstand als Modul bezeichnet und beinhaltet eine eigene Spannungsversorgung.
• In der EP 0 370 223 B1 wird ein dezentraler Steuerrechner innerhalb einer Rotationsdruckmaschine beschrieben, der über ein Bussystem mit mehreren peripheren Einheiten, wie Farbzonenstellvorrichtungen, Bahnspannungsmesseinrichtungen oder Bahnspannungsregeleinrichtungen nebst Registerstellvorrichtungen verbunden ist. Das Bussystem umfasst einen digitalen Bus zur Übertragung von Adress- und Datensignalen, einen analogen Bus zur Übertragung von erfassten Messwerten und einen Stromversorgungsteil umfasst.
• In der DE 195 20 642 C1 werden ein Verfahren und eine Steuerung zum Steuern eines Mehrmotorenantriebs einer Druckmaschine beschrieben. Zum Herunterfahren des gesamten Systems sind ausreichend dimensionierte Puffer in Form von Kondenstoren bzw. Akkumulatoren in einem Zwischenkreis vorhanden, die beim Ausfall der Spannungsversorgung ein Herunterfahren des gesamten Systems ermöglichen.
• Es ist Aufgabe der Erfindung die Verfügbarkeit von Druckmaschinen bei schwachen Netzen und/oder Ausfall der Betriebsspannung zu erhöhen.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Druckmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Erfindungsgemäß werden Gleichspannungszwischenkreise verschiedener Module über einen Gleichspannungsversorgungsbus parallel geschaltet, der von einem Versorgungsmodul mit einer gleichgerichteten Netzeingangsspannung versorgt wird und eine Schnittstelle zur Ankopplung von externen Energiequellen aufweist, die in der Lage sind längerfristige Spannungseinbrüche zu kompensieren und somit den Gleichspannungsversorgungsbus zu stabilisieren.
• Die Parallelschaltung aller Gleichspannungszwischenkreise erlaubt in vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Aufteilung der Gesamtkapazität der Energieversorgung auf alle Verbraucher. Zudem kann beim Abbremsen von Antrieben anfallende Energie ebenfalls auf alle Verbraucher verteilt werden. Außerdem kann der gemeinsame Gleichspannungsversorgungsbus in vorteilhafter Weise durch geeignete Komponenten zum Zwecke der Netzausfallüberbrückung einfacher erweitert werden als eine Wechsel- oder Drehspannungsversorgungsschaltung.
• Zusätzlich eignet sich der Gleichspannungsversorgungsbus zur Versorgung von Drehstromantrieben über Frequenzumrichter, die ein variables Drehfeld für die Motoren von Drehstromantrieben erzeugen. Da solche Drehstromantriebe zunehmend bisher verwendete Gleichstromantriebe ersetzen.
• Zudem können in vorteilhafter Weise auch moderne Schaltnetzteile für die Elektronikversorgung, beispielsweise von der Maschinensteuerung, Leitstand etc., aus dem Gleichspannungsversorgungsbus versorgt werden.
• In Ausgestaltung der Druckmaschine sind die Gleichspannungszwischenkreise beispielsweise über Koppelglieder in Form von Drosselspulen und/oder Sicherungselementen mit dem Gleichspannungsversorgungsbus verbunden. Die Gleichspannungszwischenkreise weisen Puffereigenschaften auf, die je nach Kapazität Spannungseinbrüche des speisenden Netzes überbrücken können.
• In Ausgestaltung der Druckmaschine umfasst das Versorgungsmodul für den Gleichspannungsversorgungsbus eine Gleichrichterbrückenschaltung und einen Pufferkondensator, der so dimensioniert ist, dass kurzfristige Spannungseinbrüche des Versorgungsnetzes überbrückt werden können.
• Die ankoppelbaren externen Energiequellen sind beispielsweise als Speichereinheiten für elektrische Energie in Form von Pufferkondensatoren und/oder als Akkumulatoren und/oder Gleichspannungsquellen wie Brennstoffzellen ausgeführt, und/oder als von einem Verbrennungsmotor angetriebener Generator ausgeführt, der über einen Gleichrichter an den Gleichspannungsversorgungsbus angekoppelt ist.
• In weiterer Ausgestaltung der Druckmaschine ist die Energiequelle als Energiespeicher in Form von rotierenden Schwungmassen ausgeführt, die über einen Frequenzumrichter mit dem Gleichspannungsversorgungsbus verbunden sind. Die Frequenzumrichter treiben beispielsweise eine feingewuchtete Standard-Asynchronmaschine mit angeflanschter Schwungmasse. Bei einem Spannungsausfall wird über den Frequenzumrichter die Schwungscheibe abgebremst und die anfallende Energie direkt dem Gleichspannungsversorgungsbus zugeführt. Umgekehrt kann beim Abbremsen von Antrieben entstehende Bremsenergie in der Schwungmasse zwischengespeichert werden.
• Die erfindungsgemäße Druckmaschine mit dem Gleichspannungsversorgungsbus ist gegenüber der Frequenz des speisenden Netzes unabhängig und weist eine größere Fehlertoleranz gegenüber schwachen Netzen und kurzen Spannungseinbrüchen auf, wodurch sich weniger Maschinenstillstand und eine erhöhte Verfügbarkeit der Maschine realisieren lassen. Zudem kann der Gleichspannungsversorgungsbus bei verschärften Netzbedingungen einfach durch ankoppelbare Zusatzkomponenten erweitert werden, die in Abhängigkeit von der Dauer der Spannungseinbrüche über die Schnittstelle mit dem Gleichspannungsversorgungsbus verbunden werden.
• Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
• Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Druckmaschine.
• Wie aus der Figur ersichtlich ist, umfasst eine dargestellte Druckmaschine 100 ein Leitstandmodul 6 mit zwei DC/DC-Wandlern 7.1, 7.2, ein Hauptantriebmodul 8 mit mehreren Hauptantrieben 8.1, 8.2 und 8.n, ein Druckwerkmodul 9 mit einem DC/DC-Wandler 7.3 und zwei Nebenantrieben 10.1, 10,2, ein Anlegermodul 11, das einen DC/DC-Wandler 7.4 und zwei Nebenantriebe 10.3, 104 umfasst und ein Versorgungsmodul 1, das einen Gleichspannungsversorgungsbus DC-Bus, welcher die genannten Module mit Energie versorgt, mit einer gleichgerichteten Netzeingangsspannung versorgt. Zur Verbesserung der Verfügbarkeit der Druckmaschine 100 bei schwachen Netzen und/oder Ausfall der Betriebsspannung ist eine Schnittstelle 2 zur Ankopplung externer Komponenten 3, 4, 5 an den Gleichspannungsversorgungsbus DC-BUS vorhanden, die in der Lage sind, längerfristige Spannungseinbrüche zu kompensieren.
• Wie weiter aus der Figur ersichtlich ist sind alle in oder an der Druckmaschine 100 vorhandenen Gleichspannungszwischenkreise 14 über den Gleichspannungsversorgungsbus DC-BUS parallel geschaltet, wodurch sich ein gemeinsamer Gleichspannungszwischenkreis mit dem gleichen Spannungsniveau ergibt. Die Kopplung der Gleichspannungszwischenkreise 14 der Module 6, 8, 9, 11 an den Gleichspannungsversorgungsbus DC-BUS kann direkt oder über nicht dargestellte Koppelglieder in Form von Drosseln und/oder Sicherungselementen vorgenommen werden.
• Zur Versorgung des Gleichspannungsversorgungsbusses DC-BUS mit der gleichgerichteten Netzspannung verfügt das Versorgungsmodul 1 beispielsweise über eine Gleichrichterbrücke 12 und einen nachgeschalteten Pufferkondensator 13 und eine integrierte Softstartfunktion zum langsamen Einschalten der Versorgungsspannung für alle Module am gemeinsamen Gleichspannungsversorgungsbus DC-BUS. Der Pufferkondensator 13 ist beispielsweise so dimensioniert, dass kurzfristige Spannungseinbrüche des Versorgungsnetzes überbrückt werden können. Ferner kann das Versorgungsmodul 1 eine Einrichtung zur Rückspeisung überschüssiger Energie ins Netz beim Abbremsen der Druckmaschine beinhalten.
• Die externen Energiequellen, die über die Schnittstelle 2 an den Gleichspannungsversorgungsbus DC-BUS angekoppelt werden können, sind in der Lage längerfristige Spannungseinbrüche zu kompensieren und umfassen beispielswei se Zusatzpuffer 3 in Form von Kondensatoren oder Akkumulatoren oder eine Gleichspannungsquelle in Form einer Brennstoffzelle.
• Alternativ oder zusätzlich kann ein Energiespeicher 4 in Form von rotierenden Schwungmassen an den Gleichspannungsversorgungsbus DC-BUS über die Schnittstelle 2 angekoppelt werden. Diese sind sehr einfach mit am Gleichspannungsversorgungsbus DC-BUS angeschlossenen Frequenzumrichtern zu realisieren, die eine feingewuchtete Standard-Asynchronmaschine mit angeflanschter Schwungmasse treiben. Bei einem Spannungsausfall wird über den Frequenzumrichter die Schwungscheibe abgebremst und die anfallende Energie direkt dem Gleichspannungsversorgungsbus DC-BUS zugeführt. Umgekehrt kann Bremsenergie aus der Druckmaschine 100 in der Schwungmasse „zwischengespeichert" werden. Bei entsprechender Dimensionierung kann der Frequenzumrichter mit einem vorhandenen Eingangskreis mit Gleichrichter und Ladeschaltung das Versorgungsmodul 1 ersetzen.
• Als weitere Energiequelle können mit Verbrennungsmotoren angetriebene Generatoren 5 über Gleichrichterdioden und die Schnittstelle 2 an den Gleichspannungsbus DC-BUS angekoppelt werden.

1

Versorgungsmodul

2

Schnittstelle

3

Elektrische Speicherelemente

4

Schwungmasse

5

Generator mit Verbrennungsmotor

6

Leitstandmodul

7.1 bis 7.4

DC/DC-Wandler

8

Hauptantriebmodul

8.1 bis 8.n

Hauptantriebe

9

Druckwerkmodul

10.1 bis 10.4

Nebenantriebe

11

Anlegermodul

12

Gleichspannungszwischenkreis

13

Pufferkondensator

14.1 bis 14.4

Gleichspannungszwischenkreise

DC-BUS

Gleichspannungsversorgungsbus

Claims (6)

1. Druckmaschine mit mehreren Modulen (6, 8, 9, 11) und mehreren Gleichspannungszwischenkreisen (14.1 bis 14.4) zur Energieversorgung der Module (6, 8, 9, 11), dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungszwischenkreise (14.1 bis 14.4) über einen Gleichspannungsversorgungsbus (DC-BUS) parallel geschaltet sind, der von einem Versorgungsmodul (1) mit einer gleichgerichteten Netzeingangsspannung versorgbar ist und eine Schnittstelle (2) zur Ankopplung von Energiequellen (3, 4, 5) zur Stabilisierung des Gleichspannungsversorgungsbusses (DC-BUS) umfasst.
2. Druckmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungszwischenkreise (14.1 bis 14.4) über Koppelglieder in Form von Drosselspulen und/oder Sicherungselementen mit dem Gleichspannungsversorgungsbus (DC-BUS) verbunden sind.
3. Druckmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Versorgungsmodul (1) mindestens eine Gleichrichterbrückenschaltung (12) und mindestens einen Pufferkondensator (13) umfasst.
4. Druckmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ankoppelbare Energiequelle (3, 4, 5) als Pufferkondensator und/oder als Akkumulator und/oder als Brennstoffzelle ausgeführt ist.
5. Druckmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ankoppelbare Energiequelle (3, 4, 5) als von einem Verbrennungsmotor angetriebener Generator ausgeführt ist, der über einen Gleichrichter an den Gleichspannungsversorgungsbus (DC-BUS) angekoppelt ist.
6. Druckmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (3, 4, 5) als Energiespeicher in Form einer rotierenden Schwungmasse mit einem Frequenzumrichter ausgeführt ist.