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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schnittregisterregelung bei
einer Rollenrotationsdruckmaschine.
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Die
DE 199 36 291 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Bestimmung der Schnittlagen von Teilbahnen einer
längsgeschnittenen
Bedruckstoffbahn in einer Rollenrotationsdruckmaschine, in der die
Teilbahnen zu Strängen
zusammengeführt,
diese jeweils an einem Trichter gefalzt und schließlich durch
einen Messerzylinder quergeschnitten werden. Abweichend von der
genannten Druckschrift werden hier die geschnittenen einzelnen Bahnhälften als
Teilbahnen und die nach dem Trichter zusammengeführten Teilbahnen als Stränge bezeichnet.
Die ermittelten Schnittlagen werden zur Regelung des Schnittregisters
verwendet, wobei für
jede Teilbahn ein eigener Regelkreis und zusätzlich ein äußerer Regelkreis für jeden
bereits gefalzten Strang vorgesehen ist. Dadurch soll es ermöglicht werden,
die Schnittlagen aller Teilbahnen jedes gefalzten Stranges jeweils
auf einem gewünschten
Wert zu halten.
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Eine
solche Regelung mit Kaskadenstruktur ist aufwendig und erfordert
Sensoren für
die Erfassung der Istwerte der Schnittlagen nicht nur an den einzelnen
Teilbahnen, sondern auch an jedem gefalzten Strang. Dabei kann die
Schnittlage nach der Falzung mit herkömmlichen optischen Mitteln
nur noch anhand einer Marke auf der jeweils außenliegenden Teilbahn jedes
Stranges erfasst werden. Eine Verschiebung der Schnittlage der innenliegenden
Teilbahnen zwischen dem Falztrichter und dem Messerzylinder ist
nicht mehr messbar, weshalb besagte Kaskadenregelung der Schnittlage
eines Stranges auf der Annahme beruht, dass eine erst nach der Falzung
erfolgende Verschiebung der Schnittlage bei allen Teilbahnen eines
gefalzten Stranges das gleiche Ausmaß hat.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin,
ein Verfahren zur Schnittregisterregelung bei einer Rollenrotationsdruckmaschine
anzugeben, durch das der Schnittregisterfehler, d.h. die Abweichung
der Schnittlage von einem beabsichtigten Sollwert bei möglichst
geringem sensorischem Aufwand mit hoher Genauigkeit geregelt werden
kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Eine
erste grundlegende Ausführungsform der
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass in einer Rollenrotationsdruckmaschine
der Beitrag der Wendeeinheit und der Falzeinheit zum Schnittregisterfehler,
also zur Verschiebung der Schnittlage gegenüber ihrer Solllage, im Verhältnis zum
Beitrag der übrigen Einheiten
der Druckmaschine vorhersagbar ist. Insbesondere kann im Regelfall
davon ausgegangen werden, dass der in den genannten Einheiten entstehende
Beitrag zum Schnittregisterfehler annähernd in einem festen Verhältnis zu
den in den übrigen
Einheiten der Druckmaschine entstehenden Beiträgen steht.
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Zumindest
an den im Inneren eines Stranges liegenden Bahnen kann letztmals
kurz vor der Zusammenführung
zum Strang am Beginn der Falzeinheit die Lage einer Schnittregistermarke
gemessen werden. Erfindungsgemäß wird daher
anhand eines an dieser Stelle erfassten Messwertes der Lage einer Schnittregistermarke
die Schnittlage einer Bedruckstoffbahn oder -teilbahn, welcher der
Messwert zugeordnet ist, prognostiziert, um näherungsweise das Verhalten
eines fiktiven Regelkreises nachzubilden, bei dem der Istwert zur
Bildung der Regeldifferenz für jede
Bahn direkt am Messerzylinder erfasst würde.
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Hierzu
wird bei der Ermittlung des Einstellwertes eines einer Bedruckstoffbahn
zugeordneten Schnittregister-Einstellelementes derjenige Einstellwert,
der zur Erzielung einer Regeldifferenz von Null zwischen einem der
jeweiligen Bedruckstoffbahn zugeordneten, gemessenen Istwertmaß und einem
vorgegebenen Sollwert der Schnittlage erforderlich wäre, auf
der Basis eines mathematischen Modells für den Fehlerbeitrag eines durch
die Istwertmessung nicht erfassten Anteils des Weges der Bedruckstoffbahn
in der Druckmaschine so korrigiert, dass der besagte Fehlerbeitrag
zumindest annähernd
ausgeglichen wird. Dabei kommt für
das mathematische Modell in erster Linie ein linearer Zusammenhang
zwischen dem erfassten und dem nicht erfassten Fehlerbeitrag in
Betracht.
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Eine
bevorzugte Vorgehensweise besteht darin, die sich aufgrund besagten
Messwertes ergebende Regeldifferenz eines jeweiligen Schnittregister-Regelkreises dadurch
zu korrigieren, dass im jeweiligen Regelkreis zur Regeldifferenz
zwischen dem gemessenen Istwertmaß und einem vorgegebenen Sollwert
der Schnittlage ein Regelkorrekturwert addiert wird, der durch Multiplikation
der Differenz aus der unkorrigierten Regeldifferenz und einem vom
momentanen Einstellwert des Schnittregister-Einstellelementes abgeleiteten
Korrekturterm mit einem festen Korrekturfaktor berechnet wird.
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Eine
solche Korrektur ist signalverarbeitungstechnisch sehr einfach ausführbar und
daher im Vergleich zu einer Schnittregisterregelung, bei der die
Position einer Schnittregistermarke vor der Strangbildung ohne Berücksichtigung
des anschließenden
Einflusses der Falzeinheit auf die Schnittlage geregelt wird, nur
mit einem sehr geringen zusätzlichen
Aufwand an Operationen verbunden. Insbesondere erfordert sie keine
zusätzlichen
Sensoren zur Positionsmessung einer Schnittregistermarke an der außenliegenden
Bahn eines bereits gefalzten Stranges.
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Unter
der Annahme, dass die Störeffekte,
die den Schnittregisterfehler verursachen, innerhalb der einzelnen
Einheiten einer Druckmaschine jeweils einen im Mittel annähernd konstanten
Beitrag pro Längeneinheit
der Wegstrecke liefern, besteht ein funktionaler Zusammenhang zwischen
den Fehlerbeiträgen
der einzelnen Einheiten, in den die Längen der Wegstrecken des Bedruckstoffs
innerhalb der einzelnen Einheiten eingehen. Bei gleichem Fehlerbeitrag pro
Längeneinheit
in der gesamten Maschine ist der Fehlerbeitrag jeder Einheit proportional
zur Wegstreckenlänge
des Bedruckstoffs in der jeweiligen Einheit.
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Daher
sieht eine bevorzugte Ausführung
der Erfindung vor, dass der Wert des Korrekturfaktors vom Verhältnis der
Weglänge
der Bedruckstoffbahn zwischen dem Messort der Schnittregistermarke
und dem Ort des Querschnitts zur Weglän ge der Bedruckstoffbahn zwischen
der Druckeinheit und dem Messort der Schnittregistermarke abhängt und
vorzugsweise zumindest annähernd
diesem Verhältnis entspricht.
Besagte Weglängen
sind bei jeder Druckmaschine als technische Spezifikationsdaten
bekannt.
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Die
Subtraktion eines Korrekturterms dient dazu, trotz der Manipulation
der Regeldifferenz ein stabiles Verhalten des Regelkreises zu gewährleisten.
Hierzu wird als Korrekturterm die Differenz zwischen dem momentanen
Einstellwert des Schnittregister-Einstellelementes und einem Bezugswert
verwendet, wobei ein zweckmäßiger Bezugswert
derjenige Einstellwert des Schnittregister-Einstellelementes ist, bei dem nach
der letzten Änderung
des vorgegebenen Sollwertes die Regeldifferenz zum ersten Mal den
Wert Null erreicht hat. Dieses Kriterium zur Festlegung des Bezugswertes
ist problemlos automatisch auswertbar. Auch die Operationen zur
Bildung des Korrekturterms erfordern nur einen geringen Zusatzaufwand.
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Als
Schnittregister-Einstellelement kann die Druckeinheit, in welcher
der Bedruckstoff bedruckt wird, verwendet werden, indem zur Verstellung
des Schnittregisters zeitweise die Drehzahl der Druckzylinder verändert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren
ist aber ebenso gut auf Druckmaschinen anwendbar, bei denen zur
Schnittregistereinstellung Einstellelemente anderer Art allein oder
zusätzlich
zur Druckeinheit vorgesehen sind. Bei einer Veränderung der Drehzahl der Druckzylinder
einer Druckeinheit ist es zweckmäßig, gleichzeitig
die Drehzahl der angetriebenen Zylinder aller nachfolgenden Klemmstellen
der aus dieser Druckeinheit stammenden Bedruckstoffbahn so zu verändern, dass
sich überall dieselbe Änderung
der Umfangsgeschwindigkeit ergibt. Hierdurch wird erreicht, dass
sich die Verstellung des Schnittregisters wesentlich schneller als
mit der Bahnlaufgeschwindigkeit, nämlich etwa mit der Schallgeschwindigkeit
im Bedruckstoff fortpflanzt, wodurch die Reaktionszeit des jeweiligen
Schnittregister-Regelkreises enorm verkürzt wird.
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Die
Erfindung ermöglicht
in einer Druckmaschine allgemein den Ausgleich eines nicht gemessenen
Beitrages zum Schnittregisterfehler. Dies bezieht sich keines wegs
nur auf die Falzeinheit, sondern insbesondere auch auf die Wendeeinheit.
Bei der Anwendung auf die Wendeeinheit wird die Schnittregistereinstellung
einer Wendeteilbahn gegenüber
derjenigen der aus derselben Bedruckstoffbahn stammenden Geradeausteilbahn
auf der Basis eines mathematischen Modells für den Fehlerbeitrag des zusätzlichen
Weges der Wendeteilbahn in der Wendeeinheit korrigiert. Hierdurch
erübrigt
sich eine separate Messung und Regelung der Wendeteilbahn, was eine
erhebliche Aufwandsersparnis bedeutet. Für den Fehlerbeitrag des zusätzlichen
Weges der Wendeteilbahn kommt in erster Linie ein lineares Modell
in Betracht.
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Die
Erfindung kann auch bei einer Falzeinheit mit mehreren Trichterebenen
eingesetzt werden. In diesem Fall hängt die Korrektur der Schnittregistereinstellung
einer Bedruckstoffbahn von der Trichterebene ab, in welcher die
Bedruckstoffbahn in die Falzeinheit einläuft.
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Eine
zweite grundlegende Ausführungsform der
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass in einer Rollenrotationsdruckmaschine
bei Kenntnis des genauen Schnittregisterfehlers einer einzigen Bedruckstoffbahn
ein Rückschluss
auf die Schnittregisterfehler der übrigen Bahnen anhand der Verläufe der Wege
der verschiedenen Bahnen möglich
ist, d.h. dass anhand der Messung des Schnittregisterfehlers einer
einzigen Bahn diejenigen der übrigen
Bahnen mit einer gewissen, in vielen Fällen ausreichenden Genauigkeit
aufgrund eines mathematischen Modells vorhersagbar sind.
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In
ein solches mathematisches Modell gehen vorzugsweise die unterschiedlichen
Weglängen
der einzelnen Bahnen als Parameter ein, und zwar im einfachsten
Fall in Form eines linearen Zusammenhangs zwischen dem Schnittregisterfehler
der gemessenen Bahn und demjenigen einer anderen, nicht gemessenen
Bahn.
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Die
Verwendung der Druckeinheit als Schnittregister-Einstellelement
und die Berücksichtigung
der Trichterebene zu einer Korrektur des jeweiligen Einstellwertes
des Schnittregisters ist bei der zweiten grundlegenden Ausführungsform
der Erfindung in gleicher Weise möglich wie bei der ersten Ausführungsform.
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Der
besondere Vorteil der zweiten grundlegenden Ausführungsform der Erfindung besteht
darin, dass sie sehr aufwandsarm und damit kostengünstig realisierbar
ist, da sie nur einen einzigen Schnittmarkensensor mit zugeordneter
Signalverarbeitungselektronik für
die gesamte Druckmaschine benötigt,
was gegenüber
der Schnittmarkenmessung an jeder einzelnen Bahn bzw. Teilbahn eine
enorme Reduktion im Umfang der Sensorik sowie der nachgeschalteten
Signalverarbeitungselektronik und damit eine enorme Kostenersparnis
bedeutet. Es versteht sich, dass mit dem Verzicht auf eine Einzelmessung
an jeder Bahn ein potentiell größerer Restfehler in
Kauf zu nehmen ist. Für
Anwendungen mit nicht allzu hohen Genauigkeitsanforderungen kann
die Genauigkeit der Regelung aber dennoch ausreichend sein.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Druckmaschine mit zwei Druckeinheiten,
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2 eine
Darstellung des ertindungsgemäßen Verfahrens
als regelungstechnischer Signalflussplan,
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3 eine
schematische Teilseitenansicht einer Druckmaschine entsprechend
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung
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4 Zeitverläufe des
Schnittregisterfehlers bei einer Variation der Geschwindigkeit einer
Druckmaschine für
verschiedene Regelkreiseinstellungen, und
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5 eine
schematische Teilseitenansicht einer Druckmaschine entsprechend
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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Zunächst soll
anhand 1 ein kurzer Überblick über den
Weg eines Bedruckstoffes in einer Druckmaschine gegeben werden,
soweit er für
die vorliegende Erfindung von Bedeutung ist. Wie 1 zeigt,
weist eine Druckmaschine üblicherweise
mehrere Druckeinheiten auf, in denen jeweils eine Bedruckstoffbahn
bedruckt wird. In 1 ist zur Vereinfachung nur
die in der Druckeinheit 1 bedruckte Bahn 2 nach
dem Verlassen der Druckeinheit 1 dargestellt.
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Diese
Bahn 2 wird wie die von den anderen Druckeinheiten kommenden
Bahnen zunächst
in zwei Teilbahnen 3A und 3B längsgeschnitten. Von den Teilbahnen 3A und 3B wird
in einer Wendeeinheit 4 eine Teilbahn 3B gewendet,
bevor die beiden Teilbahnen 3A und 3B mit von
anderen Druckeinheiten kommenden, nicht dargestellten Teilbahnen
zu einem Strang 5 zusammengeführt werden und dieser an einem
Trichter 6 gefalzt wird. Durch die Falzung am Trichter 6 wird
der Strang 5 um 90° gedreht
und läuft
dann zu einem Messerzylinder 7, wo er in einzelne Abschnitte
quergeschnitten wird. Dabei muss die Position des Schnittes auf
die Lage des Druckbildes abgestimmt sein, um in Längsrichtung
einen gleichbleibenden, vorbestimmten Abstand des Druckbildes von
den Schnittkanten einzuhalten.
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Um
das Schnittregister, d.h. die Schnittlage in Bezug auf das Druckbild,
einzustellen, können
die Bahn 2 oder die Teilbahnen 3A, 3B sowie
ggf. zusätzlich
der Strang 5 über
quer zur Transportrichtung verschiebbare Walzen geführt sein,
mit deren Hilfe die von der Druckeinheit 1 bis zum Messerzylinder 7 zu durchlaufende
Weglänge
gezielt variiert werden kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Drehzahl
der Druckzylinder der Druckeinheit 1 zu verstellen, um
bei gleichbleibender Weglänge
von der Druckeinheit 1 zum Messerzylinder 7 das
Druckbild gegenüber
der Schnittlage zu verschieben. Letzteres hat den Vorteil, dass
zusätzliche
Schnittregister-Stellelemente nicht für alle Teilbahnen, sondern nur
für die
in der Wendeeinheit 4 gewendeten Teilbahnen benötigt werden.
Die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt zwar
nicht davon ab, mit welcher Art von Einstellelementen die Schnittregistereinstellung
realisiert ist, doch wird nachfolgend von der Verwendung der Druckeinheit 1 zur
Schnittregistereinstellung ausgegangen.
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Zur
Regelung des Schnittregisters ist vor dem Einlauf in die Falzeinheit,
d.h. vor der Zusammenführung
der Teilbahnen zu einem Strang 5 pro Teilbahn 3A, 3B ein
optischer Sensor 8 angeordnet, der die Position einer Schnittregistermarke
auf der Teilbahn 3A, 3B erfasst. Beispielsweise
kann der Messerzylinder 7 mit einem Inkrementalgeber ausgerüstet sein,
der ein Taktsignal mit einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen sowie
einem Referenzimpuls pro Umdrehung des Messerzylinders liefert.
In diesem Fall kann beim Auftreten der Schnittregistermarke am Sensor 8 die
bis dahin erzeugte Anzahl solcher Impulse seit dem letzten Referenzimpuls
als Maß für die Position
der Schnittregistermarke verwendet werden. Eine so gemessene Position
einer Schnittregistermarke stellt ein Maß für den Istwert der Schnittlage,
d.h. für
den zu erwartenden Abstand des Schnittes von der Marke dar und kann
zur Regelung des Schnittregisters der jeweiligen Bedruckstoffbahn verwendet
werden.
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Die
Wegstrecke der Bedruckstoffbahn 2 bzw. der daraus geschnittenen
Teilbahnen 3A, 3B von der Druckeinheit 1 bis
zum Ort der Schnittregistermessung durch den Sensor 8 ist
in 1 als L1 markiert. Als
L2 ist in 1 die Wegstrecke
des Bedruckstoffs in Form des Stranges 5 vom Ort der Schnittregistermessung
durch den Sensor 8 bis zum Messerzylinder 7 markiert.
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Es
versteht sich, dass bei einer Verwendung des Messsignals M des Sensors 8 als
Istwert der Schnittlage in einem Regelkreis zur Schnittregisterregelung
ein systematischer Fehler begangen wird, indem der Beitrag des Streckenanteils
L2 zum Schnittregisterfehler nicht berücksichtigt
wird. Nachdem die Strecke L2 in der Praxis
durchaus eine ähnliche
Länge wie
die Strecke L1 hat, ist die Wirksamkeit
einer solchen Schnittregisterregelung notwendigerweise von vornherein
beschränkt.
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Das
erfindungsgemäße Vorgehen
zur Verbesserung der Schnittregisterregelung auf der Basis einer
Istwerterfassung vor der Falzeinheit entsprechend 1 ist
in 2 in Form eines regelungstechnischen Signalflussplans
dargestellt, der einen einzelnen Regelkreis zeigt. Dabei ist für jede Teilbahn 3A, 3B ein
solcher Regelkreis vorgesehen.
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In 2 ist
mit G1(p) das Übertragungsverhalten des Streckenanteils
L1 bezeichnet. Das Eingangssignal dieses Übertragungsgliedes
G1(p) ist der Einstellwert RI des
Schnittregisters. Die Bedruckstoffbahn unterliegt entlang des Streckenanteils
L1 Störeinflüssen, die
insbesondere bei einer Änderung der
Betriebsgeschwindigkeit der Druckmaschine zu einer dynamischen Verschiebung
der Schnittlage führen.
Diese Störeinflüsse sind
in 2 durch die Addition einer Störung Z1 zum
Ausgangssignal des Übertragungsgliedes
G1(p) berücksichtigt. Die Überlagerung
des Ausgangssignals von G1(p) und Z1 ergibt den Messwert M für die Schnittlage, den der
zwischen der Wendeeinheit und der Falzeinheit angeordnete optische
Sensor 8 liefert.
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An
den Streckenanteil L1 schließt sich
der Streckenanteil L2 in der Falzeinheit
an. In 2 ist mit G2(p) das Übertragungsverhalten
des Streckenanteils L2 bezeichnet. Das Eingangssignal
dieses Übertragungsgliedes
G2(p) ist besagter Messwert M für die Schnittlage
am Ende des Streckenanteils L1. Die Bedruckstoffbahn
mit dem Messwert M unterliegt entlang der Strecke L2 weiteren
Störeinflüssen, die insbesondere
bei einer Änderung
der Betriebsgeschwindigkeit der Druckmaschine zu einer weiteren dynamischen
Verschiebung der Schnittlage führen. Diese
weiteren Störeinflüsse sind
in 2 durch die Addition einer weiteren Störung Z2 zum Ausgangssignal des Übertragungsgliedes G2(p) berücksichtigt. Das
Ergebnis dieser Addition ist der tatsächliche Abstand Y der Schnittregistermarke
vom Schnitt am Messerzylinder 7.
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Bei
einem herkömmlichen
Regelkreis zur Schnittregisterregelung wird von einem durch den Drucker
einstellbaren Sollwert W der Schnittlage der durch den Sensor 8 erfasste
Messwert M subtrahiert und die so gebildete Regeldifferenz D einem
Regler mit dem Übertragungsverhalten
R(p) zugeführt.
Dabei ist mit besagtem Sollwert W die Position der Schnittregistermarke
auf der gemessenen Bedruckstoffteilbahn 3 in Bezug auf
die Drehwinkelstellung des Messerzylinders 7 gemeint. Der
Regelkorrekturwert KW, der nach 2 zu
der Regeldifferenz D hinzuaddiert wird, ist bei dem bisher betrachteten
herkömmlichen
Regelkreis gleich Null, d.h. die zur Bildung des Regelkorrekturwertes
KW dienenden Zweige des Signal flussplans
nach 2 existieren dort nicht. Das Ausgangssignal des
Reglers R(p) ist der momentane Einstellwert RI des
Schnittregister-Einstellelements, das bei dem betrachteten Beispiel
wie erwähnt
für die
Geradeausteilbahn 3A durch die Druckeinheit 1 selbst
gebildet und für
die Wendeteilbahn 3B durch ein zusätzliches, in der Figur nicht
gezeigtes Stellelement ergänzt
wird.
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Es
leuchtet ein, dass der vorausgehend beschriebene herkömmliche
Regelkreis lediglich darauf abzielt, eine Übereinstimmung des Messwertes
M mit dem Sollwert W aufrechtzuerhalten, so dass der Fehler des
tatsächlichen
Abstandes Y zwischen der Schnittregistermarke und dem Schnitt am
Messerzylinder 7 im wesentlichen durch den Störungsbeitrag Z2 des Streckenanteils L2 bestimmt
wird. In der Praxis liegt die Streckenlänge L2 aber
in der gleichen Größenordnung
wie die Streckenlänge
L1, und dies gilt auch für die jeweiligen Störungsbeiträge Z1 und Z2, so dass
die Wirksamkeit der Regelung insgesamt durchaus verbesserungsbedürftig ist.
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Erfindungsgemäß wird nun
angenommen, dass der Beitrag des Streckenanteils L2 zum
Schnittregisterfehler in einem festen Verhältnis F zu demjenigen des Streckenanteils
L1 steht, und dass dieses Verhältnis F
sogar annähernd
durch das Längenverhältnis L2/L1 gegeben ist.
Daraus ergibt sich, dass bei einer Messung von Y anstelle von M
eine vorhandene Regeldifferenz W-Y insgesamt um den Faktor 1 + L2/L1 größer wäre als die
Differenz D = W – M.
Unter Beibehaltung der Messung von M kann dies durch rein mathematische
Zusatzoperationen im Regelkreis berücksichtigt werden, die sich
in dem Signalflussplan von 2 als ein
zusätzlicher
Signalpfad darstellen, durch den aus der herkömmlichen Regeldifferenz D noch
ein zusätzlicher
Beitrag mit dem Wert F·D
= (L2/L1)·D erzeugt
und zu D hinzuaddiert wird.
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Würde man
den in 2 mit KW bezeichneten,
zu D hinzukommenden Regelkorrekturwert allein auf die bisher beschriebene
Weise, also ohne die in 2 oberhalb der beiden Übertragungsglieder
F = L2/L1 und R(p)
dargestellten Signalflusszweige bilden, so ergäbe sich ein potentiell instabiles
Verhalten des Regelkreises. Nimmt man beispielsweise L2/L1 = 1 und somit Z1 =
Z2 an, so ergäbe sich beim Auftreten einer
Störung
Z1 = Z2 für die korrigierte
Regeldifferenz KD zunächst ein Wert KD =
2D = –2Z1 und daraus eine Übersteuerung des Einstellwertes
RI des Schnittregisters auf das Doppelte
desjenigen Wertes, der für eine
Regeldifferenz D = 0 benötigt
würde.
Dies würde eine
ebenso große
Regeldifferenz D wie die ursprüngliche,
jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen verursachen. Diese würde wiederum
zu einer entsprechenden Übersteuerung
von RI in der anderen Richtung führen, womit
eine Schwingung im Regelkreis entstünde, bei welcher der Fehler
der tatsächlichen
Schnittlage Y zwischen Null und 2Z1 schwanken
würde.
Es versteht sich, dass solche Schwingungen potentiell auch in der
Amplitude anwachsen können.
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Um
dies zu vermeiden, wird von demjenigen Anteil der Regeldifferenz
D, die mit dem Korrekturfaktor F = L2/L1 gewichtet zur unkorrigierten Regeldifferenz
D hinzuaddiert wird, vor der Gewichtung die bisherige Änderung ΔRI des Schnittregister-Einstellwertes RI subtrahiert.
Dabei bedeutet die bisherige Änderung ΔRI die Differenz zwischen dem aktuellen Wert von
RI und einem Bezugswert RB,
bei dem es sich um den Wert von RI bei der
erstmaligen Übereinstimmung
des Messwertes M mit dem Sollwert W nach einer Änderung des Sollwertes W handelt.
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Bei
dem vorherigen Beispiel mit L2/L1 = 1 wäre
in einem stabilen Zustand mit M = W zunächst RB =
RI, also ΔRI = 0. Beim Auftreten einer Störung Z1 = Z2 wäre nach
einer anfänglichen Übersteuerung von
RI aufgrund KD =
2D = –2Z1 ein Wert ΔRI = –2Z1 vorhanden. Die Übersteuerung des Reglers würde zwar
zunächst
wie zuvor erwähnt
eine ebenso große Regeldifferenz
wie die ursprüngliche,
jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen verursachen, doch die Differenzbildung
D – ΔRI vor der Gewichtung mit dem Faktor L2/L1 würde nun
die Übersteuerung
von D kompensieren, so dass das Anklingen einer Schwingung im Regelkreis
verhindert wird. Dabei beinhaltet der Wert ΔRI die
bisher bereits durch den Regelkreis vorgenommenen Korrekturen der
Schnittregistereinstellung RI.
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Der
Einstellwert RI des Schnittregisters muss sich
auch dann ändern,
wenn der Sollwert W verändert
wird. Dies stellt jedoch keine Reaktion des Regelkreises auf Störungen Z1 und Z2 dar, weshalb
nach dem Einschwingen in einen stationären Zustand im Anschluss an
eine Änderung
von W der neue Wert von RI als Bezugswert
RB der Schnittregistereinstellung für die weitere
Regelung gespeichert wird.
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Wie
der Fachmann erkennt, berücksichtigen die
vorausgehenden Stabilitätsüberlegungen
nicht die dynamischen Eigenschaften der beteiligten Übertragungsglieder
R(p) und G1(p). Sie sind insofern stark
vereinfacht und daher nicht als vollständige Stabilitätsanalyse
des Regelkreises zu verstehen. Vielmehr sollen sie nur grundsätzlich den
Sinn der Subtraktion des Korrekturterms ΔRI erklären.
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Zur
Veranschaulichung eines weiteren Aspektes der Erfindung zeigt 3 eine
schematische Teilseitenansicht einer Druckmaschine, d.h. einen vergrößerten Ausschnitt
aus 1, in dem Einzelheiten der Wendeeinheit 4 und
der Falzeinheit zu erkennen sind, und zwar entsprechend einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung. Die Bezugszeichen von 3 entsprechen
denjenigen von 1, wobei nur eine Druckeinheit 1 dargestellt
ist, in der die Bedruckstoffbahn 2 bedruckt wird. Zwei
weitere Bedruckstoffbahnen 12 und 22 kommen von
nicht dargestellten weiteren Druckeinheiten, die sich rechts neben
der Druckeinheit 1 befinden. Wegen der grundlegenden Übereinstimmung
der Darstellung von 3 mit derjenigen von 1 erübrigt sich
eine erneute Beschreibung der darin enthaltenen und bereits anhand 1 erwähnten Elemente.
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Die
Bedruckstoffbahn 2 wird in an einem Längsschneidezylinder 9 der
Länge nach
in zwei Teilbahnen 3A und 3B, nämlich eine
Geradeausteilbahn 3A und eine Wendeteilbahn 3B geschnitten.
Die Geradeausteilbahn 3A läuft direkt in die Falzeinheit, während die
Wendeteilbahn 3B zuvor in der Wendeeinheit 4 an
schematisch angedeuteten Wendestangen 10 umgelenkt und
dadurch gewendet wird. Es leuchtet ein, dass die Wegstrecke der
Wendeteilbahn 3B in der Wendeeinheit 4 dadurch
deutlich länger
ist als diejenige der Geradeausteilbahn 3A, und dass die
Wendeteilbahn 3B durch die Umlenkung an den Wendestangen 10 zusätzlichen
Reibungskräften
und folglich einer größeren Dehnung
ausgesetzt ist.
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Zur
Messung einer Schnittregistermarke auf der Geradeausteilbahn 3A ist
nach der Wendeeinheit 4 ein bereits in 1 gezeigter
Sensor 8 angeordnet, der einen Messwert M für die Schnittlage
der Geradeausteilbahn 3A liefert. Gleichartige Sensoren
sind auch für
die Geradeausteilbahnen der weiteren Bedruckstoffbahnen 12 und 22,
die ebenfalls längsgeschnitten
werden, vorgesehen, aber in 3 der Übersichtlichkeit
halber nicht eingezeichnet.
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Um
die Schnittlage sämtlicher
Teilbahnen zu regeln, wären
genauso viele Sensoren 8 wie Teilbahnen und genauso viele
einzelne Regelkreise nötig. Wenn
aber der zusätzliche
Beitrag zum Schnittregisterfehler, den eine Wendeteilbahn 3B im
Vergleich zur zugehörigen
Geradeausteilbahn 3A erfährt, vorhersagbar ist, dann
genügt
es, nur die Position der Schnittmarke auf der Geradeausteilbahn 3A zu
messen, und die Schnittregistereinstellung der Wendeteilbahn 3B entsprechend
besagter Vorhersage gegenüber
derjenigen der Geradeausteilbahn 3A zu korrigieren, um
bei beiden Teilbahnen 3A und 3B eine ausreichende
Genauigkeit der Schnittlage zu erzielen.
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In
der Regel kann davon ausgegangen werden, dass die zusätzliche
Dehnung der Wendeteilbahn 3B in der Wendeeinheit 4 in
einem festen Verhältnis
zur Dehnung der Geradeausteilbahn 3A zwischen dem Längsschneidezylinder 9 und
dem Sensor 8 steht, so dass besagte Korrektur einfach ausführbar ist
und beispielsweise in der Addition eines konstanten oder linear
von der Schnittregistereinstellung der Geradeausteilbahn 3A abhängigen Korrekturwertes
bestehen kann.
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Es
versteht sich, dass unterschiedliche Schnittregistereinstellungen
der Geradeausteilbahn 3A und der Wendeteilbahn 3B separate
Einstellelemente für
beide Teilbahnen erfordern. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert
sein, dass die Geradeausteilbahn 3A allein mittels der
Druckzylinder der Druckeinheit 1 eingestellt wird, und
dass für
die Korrektur der Wendeteilbahn 3B eine verschiebbare Registerwalze
als zusätzliches
Stellelement vorgesehen ist, mittels dessen für die Wendeteilbahn 3B eine von
der Geradeausteilbahn 3A abweichende Einstellung vorgenommen
werden kann.
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Wenn
anstelle eines Sensors 8 und eines eigenen Regelkreises
pro Teilbahn nur noch ein einziger Sensor 8 und ein einziger
Regelkreis mit Korrektur pro Bedruckstoffbahn 2, 12, 22 benötigt wird, dann
bedeutet dies insgesamt eine erhebliche Reduktion des sensorischen
und signalverarbeitungstechnischen Aufwandes. Diese Prädiktion
des zusätzlichen
Fehlerbeitrages der Wendeeinheit 4 bei der Wendeteilbahn 3B kann
mit der zuvor erläuterten Prädiktion
des Fehlerbeitrages der Falzeinheit bei sämtlichen Teilbahnen kombiniert,
aber auch unabhängig
von letzterer angewendet werden.
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Nicht
anhand einer eigenen Figur dargestellt ist ein Aspekt der Erfindung,
der sich auf komplexe Falzeinheiten mit mehreren aufeinanderfolgenden Trichterebenen
bezieht. In diesem Fall hängt
das Ausmaß der
nötigen
Korrektur des Schnittregister-Einstellwertes offenbar auch davon
ab, in welcher Trichterebene eine Bedruckstoffbahn bzw. -teilbahn in
die Falzeinheit einläuft,
so dass die Trichterebene in die Ermittlung der Korrektur eingehen
muss. Dabei berücksichtigt
die zuvor beschriebene weglängenabhängige Korrektur
die Trichterebene bereits implizit, indem die Weglänge in der
Falzeinheit selbstverständlich
davon abhängt,
in welcher Trichterebene eine Bedruckstoffbahn bzw. -teilbahn in
die Falzeinheit einläuft.
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Eine
speziell von der Trichterebene abhängige Korrektur kann sowohl
als zusätzliche
Maßnahme bei
Bedarf zu einer weglängenabhängigen Korrektur hingefügt werden,
als auch eine solche zur Vereinfachung ersetzen. Im einfachsten
Fall kann für
jede Trichterebene ein manuell einstellbarer Korrekturwert vorgesehen
werden, der dem Einstellwert des Schnittregisters aller über die
jeweilige Trichterebene laufenden Bedruckstoffbahnen additiv hinzugefügt wird.
Der trichterebenespezifische Korrekturwert könnte aber auch in funktionaler
Abhängigkeit
von den Schnittregistereinstellungen der über die jeweilige Trichterebene
laufenden Bedruckstoffbahnen gewählt
werden. Insbesondere könnte
er eine lineare Funktion der jeweiligen Schnittregistereinstellung sein.
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Die
Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens
veranschaulicht 4, in der beispielhaft einige
bei der Erprobung der vorliegenden Erfindung gemessene Zeitverläufe des
Schnittregisterfehlers für
ein typisches Geschwindigkeitsprofil des Betriebs einer Druckmaschine
in linearer Skalierung wiedergegeben sind. Dabei ist besagtes Geschwindigkeitsprofil
gestrichelt eingetragen und mit v bezeichnet. Es geht von einer
relativ niedrigen Geschwindigkeit, nämlich der Einrichtgeschwindigkeit
der Druckmaschine aus, steigt dann linear auf die Fortdruckgeschwindigkeit
der Druckmaschine an, bleibt auf dieser für eine gewisse Zeit konstant
und fällt
dann linear wieder bis auf die Einrichtgeschwindigkeit ab.
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Die
mit ΔY0 gekennzeichnete Kurve zeigt den Zeitverlauf
des Schnittregisterfehlers, der sich bei dem Geschwindigkeitsprofil
v ergibt, wenn keinerlei Gegenmaßnahmen unternommen werden.
Es ist erkennbar, dass der Fehler während des linearen Geschwindigkeitsanstiegs
nichtlinear ansteigt, sich nach dem Erreichen der Phase konstanter
Fortdruckgeschwindigkeit abflacht und ebenfalls zumindest annähernd konstant
bleibt, während
des linearen Geschwindigkeitsabfalls nichtlinear abfällt und
etwa beim Wiedererreichen der Einrichtgeschwindigkeit in den negativen
Bereich wechselt.
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Die
mit ΔY1 gekennzeichnete Kurve zeigt den Zeitverlauf
des Schnittregisterfehlers, der sich bei dem Geschwindigkeitsprofil
v ergibt, wenn eine herkömmliche
Regelung mit Istwertmessung vor der Falzeinheit ohne Berücksichtigung
des Fehlerbeitrages der Falzeinheit angewendet wird. Dieser herkömmlichen
Regelung entspräche
in der Darstellung von 2 ein Gewichtungsfaktor F – 0. Der
auftretende Maximalwert des Fehlers beträgt in diesem Fall zwar nur
noch ca. 35% desjenigen, der ohne jede Regelung an der Kurve ΔY0 zu beobachten ist, doch ist die Verbesserungswürdigkeit
dieses Ergebnisses offensichtlich.
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Die
mit ΔY2 gekennzeichnete Kurve zeigt den Zeitverlauf
des Schnittregisterfehlers, der sich bei dem Geschwindigkeitsprofil
v ergibt, wenn eine erfindungsgemäße Regelung mit Istwertmessung
vor der Falzeinheit und Berücksichtigung
des Fehlerbeitrages der Falzeinheit durch Korrektur nach 2 mit einem
Gewichtungsfaktor F = L2/L1 entsprechend dem
Verhältnis
der Wegstreckenanteile L2 und L1 des Bedruckstoffs
in der Druckmaschine angewendet wird. Bei dem betrachteten Beispiel
hat der Gewichtungsfaktor F = L2/L1 einen Wert von ca. 0,35. Es zeigt sich,
dass der Maximalwert des Schnittregisterfehlers durch die Erfindung
im Ver gleich zur herkömmlichen
Regelung deutlich, nämlich
auf nur noch ca. 15% desjenigen der ohne Regelung geltenden Kurve ΔY0 reduziert wurde.
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Die
mit ΔY3 gekennzeichnete Kurve zeigt den Zeitverlauf
des Schnittregisterfehlers, der sich bei dem Geschwindigkeitsprofil
v ergibt, wenn eine erfindungsgemäße Regelung mit Istwertmessung
vor der Falzeinheit und Berücksichtigung
des Fehlerbeitrages der Falzeinheit durch Korrektur mit einem falschen
Gewichtungsfaktor F angewendet wird. Der Gewichtungsfaktor F entspricht
bei der Kurve ΔY3 nicht dem Verhältnis L2/L1 der Wegstreckenanteile L2 und
L1 des Bedruckstoffs in der Druckmaschine,
sondern ist deutlich größer als
dieses Verhältnis,
nämlich doppelt
so groß.
Das heißt,
dass die Kurve ΔY3 die Auswirkung einer falschen Parametrierung
des Regelkreises aus 2 veranschaulicht. Es ergibt
sich in diesem Fall im Vergleich zum Betrieb ohne Regelung ein Maximalwert
des Schnittregisterfehlers von ca. –50%, der betragsmäßig schlechter
ist als der mit einer herkömmlichen
Regelung bei der Kurve ΔY1 erreichte Wert.
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Die
vorausgehend in 4 gezeigten Kurvenverläufe sind
als rein beispielhaft zu verstehen. Insbesondere hängt der
Verlauf des ungeregelten dynamischen Schnittregisterfehlers ΔY0 bei einem gegebenen Verlauf der Betriebsgeschwindigkeit
v von der betrachteten Druckmaschine sowie vom Bedruckstoff ab.
Dabei sind auch qualitative Unterschiede in der Gestalt der Kurve ΔY0 möglich,
die selbstverständlich
auch qualitative Unterschiede in der Form der anderen Kurven zur
Folge haben. Die grundsätzliche
Wirksamkeit der Erfindung, die durch die in 4 dargestellten
Versuchsergebnisse klar erwiesen wird, hängt aber nicht von einer speziellen Kurvenform
des ungeregelten dynamischen Schnittregisterfehlers ΔY0 ab.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf die Falzeinheit im Vergleich zu einer herkömmlichen Schnittregisterregelung
ohne Berücksichtigung
der Falzeinheit nur einen geringen Zusatzaufwand erfordert, der
bei einer digitalen Realisierung des Regelkreises überwiegend
auf dem Gebiet der Programmierung liegt. Die Anwendung der Erfindung
auf die Wendeeinheit erbringt sogar gegenüber einer herkömmlichen
Schnittregisterrege lung, bei der an sämtliche Teilbahnen Schnittregistermarken
gemessen werden, eine erhebliche Aufwandsverminderung.
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5 zeigt
eine schematische Teilseitenansicht einer Druckmaschine entsprechend
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, die weitgehend mit der in 3 dargestellten
ersten Ausführungsform übereinstimmt,
so dass sich eine erneute Beschreibung der darin enthaltenen und
bereits anhand 3 erwähnten Elemente erübrigt und
nur die Unterschiede erläutert
zu werden brauchen. Die Bezugszeichen von 5 entsprechen
soweit möglich denjenigen
von 3.
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Im
Gegensatz zu 3 ist zur Messung einer Schnittregistermarke
nur noch ein einziger Sensor 8' kurz vor dem Messerzylinder 7 angeordnet,
der einen Messwert M' für die Schnittlage
der äußersten Bahn
des gesamten gefalzten Stranges 5 liefert. Weitere Schnittlagesensoren
sind nicht vorgesehen.
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Unter
der Annahme, dass die aus der Bedruckstoffbahn 2 hervorgehende
Wendeteilbahn 3B die äußerste Lage
des Stranges 5 bildet, auf der die durch den Sensor 8' erfasste Schnittregistermarke gedruckt
ist, kann nur für
die Regelung des Schnittregisters dieser Teilbahn 3B die
gemessene Markenposition direkt als Istwert der Schnittlage verwendet werden.
Es ist aber bekannt, wie lang der Weg der Teilbahn 3B von
der Druckeinheit 1 bis zum Messerzylinder 7 insgesamt
ist, und um wie viel sich die von den anderen Teilbahnen in der
Druckmaschine zurückgelegten
Wege von der Weglänge
der Teilbahn 3B unterscheiden.
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Nimmt
man in erster Näherung
an, dass die gesamte Dehnung einer Teilbahn proportional zu ihrer
Weglänge
ist, so lässt
sich aus dem mit Hilfe des Sensors 8' an der außenliegenden Teilbahn 3B gemessenen
Schnittregisterfehler der Schnittregisterfehler jeder anderen Teilbahn
in einfacher Weise, d.h. aufgrund eines linearen Zusammenhangs,
prognostizieren. So ist der Schnittregisterfehler der aus derselben
Bahn 2 geschnittenen anderen Teilbahn 3A geringer,
da deren Weg kürzer
ist, während
die Fehler aller anderen Teilbahnen größer sind, da die Bahnen 12 und 22,
aus denen diese Teilbahnen geschnitten werden, aus weiter entfernten,
in 5 nicht dargestellten Druckeinheiten kommen und
folglich einen längeren
Weg haben, sofern der Abstand der weiteren Druckeinheiten von der
Druckeinheit 1 größer ist als
der zusätzliche
Weganteil der Wendeteilbahn 3B gegenüber der Geradeausteilbahn 3A.
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Selbstverständlich kann
die Genauigkeit des mathematischen Modells bei Bedarf gegenüber dem zuvor
erwähnten
linearen Ansatz durch nichtlineare Terme erhöht werden, beispielsweise in
Form eines Polynomansatzes.
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In
jedem Fall erbringt die Reduktion der Schnittregistersensorik auf
nur noch einen einzigen Sensor 8' am Messerzylinder 7 eine
enorme Ersparnis an Hardwareaufwand, während die mathematische Modellierung
der Abhängigkeit
der Schnittregisterfehler der nicht gemessenen Teilbahnen von dem durch
den einzigen Sensor 8' an
der Teilbahn 3B gemessenen Fehler rein auf dem Gebiet der
Software liegt und daher auch leicht an unterschiedliche Typen von
Druckmaschinen angepasst werden kann. Die Ausführungsform nach 5 ist
insofern für
Anwendungen von besonderem Interesse, bei denen es weniger auf höchste Genauigkeit,
jedoch auf niedrige Kosten ankommt.