In einer Rotationsdruckmaschine muss Papier stets unter einer möglichst konstanten Spannung gehalten werden.

In einer Rotationsdruckmaschine muss Papier stets unter einer möglichst konstanten Spannung gehalten werden. Nur so lässt sich verhindern, dass Falten oder Knicke auftreten oder das Papier sogar reißt. Auch die Druckqualität ist nur dann optimal, wenn die Spannung der Papierbahn im richtigen Bereich ist. Die Unternehmensgruppe Koenig & Bauer, einer der größten Druckmaschinenhersteller der Welt, setzt daher auf Messtechnik von HBM.

Koenig & Bauer AG (KBA)

Die Koenig & Bauer AG (KBA) produziert Rotationsdruckmaschinen für den Zeitungs- und den Akzidenzdruck, Bogenoffsetmaschinen sowie Digitaldruck- und Sondermaschinen. Weltweit sind etwa 8.300 Mitarbeiter in der KBA-Gruppe tätig. Am Stammsitz des Unternehmens in Würzburg arbeiten die Mitarbeiter in der Entwicklung daran, die bestehende Technologie der Druckmaschinen stetig zu verbessern. Da KBA seine Maschinen weltweit liefert, liegt das Augenmerk bei der Weiterentwicklung unter anderem auf einfacherer Inbetriebnahme und der Möglichkeit zur Fernwartung. Nachdem KBA bereits im vergangenen Jahr von analoger auf digitale Messtechnik umgestellt hatte, wurde nun mit der Einführung des passenden Device Type Managers (DTM) und einer FDT-Rahmenapplikation eine weitere Optimierung vorgenommen, die eine wesentlich genauere Maschinen-Überwachung und ein effizientes Asset Management ermöglicht.

Force measurement in printing presses.

Messprinzip

Gemessen wird die Papierbahnspannung an so genannten Leitwalzen innerhalb der Druckmaschine. Die Wellenzapfen, auf denen die Leitwalze gelagert ist, werden dazu mit Dehnungsmessstreifen (DMS) von HBM versehen. Diese erzeugen ein Signal, wenn sich der Wellenzapfen durch die Kraft, die die Papierbahn auf die Leitwalze überträgt, verformt. Die Anschlüsse der DMS sind parallel an einen Signalverstärker angeschlossen. Dadurch werden die Signale der Dehnungsmessstreifen beider Wellenzapfen gemittelt und der Signalverstärker liefert ein Ausgangssignal, das für die anschließende Regelung verwendet wird.

Neue digitale Messverstärker

Zum Einsatz kommen dazu die digitalen Messverstärker digiCLIP DF30DP von HBM. Diese liefern einen absoluten Kraftwert, der zusammen mit den bekannten geometrischen Größen, wie Papierbahnbreite und Umschlingungswinkel der Leitwalze, direkt in eine auf die Papierbahnbreite bezogene Bahnspannkraft umgerechnet werden kann. „Größter Vorteil bei dieser neuen Technik ist, dass die aufwändige mechanische Kalibrierung komplett entfallen kann“, sagt Holger Engert, der als Leiter Messtechnik für die Weiterentwicklung der Bahnspannkraftmessung bei KBA verantwortlich ist. Das Unternehmen spart so wertvolle Zeit und damit Kosten während der Inbetriebnahme. „Für uns war es zunächst überraschend“, resümiert Holger Engert, „dass wir die fertig konfektionierten Wellenzapfen mit bereits kalibrierten DMS bei HBM günstiger beziehen konnten, als bei unserem bisherigen Lieferanten.“

Einfache Integration in das Steuerungskonzept

Force measurement in printing presses.Da die Messverstärker über eine Profibus-DP-Schnittstelle verfügen, lassen sie sich sehr einfach in das übergeordnete Steuerungskonzept der Druckmaschinen integrieren. Pro Papierbahn werden vier Messstellen installiert. Da eine Druckmaschine bis zu zwölf Bahnen umfassen kann, liegt die maximale Messstellenanzahl bei 48. Die Kommunikation mit der Leitebene, die auf PC-Technik basiert, geschieht über Ethernet. Dadurch wird auch die Fernwartung der Druckmaschinen zum Beispiel via VPN möglich. In dieses Konzept passen die digitalen Messverstärker ideal. Die Parameter der Regelung zur Papierbahnspannung lassen sich jederzeit von der übergeordneten Steuerung auslesen. Damit kann auch auf die Regelung per Fernwartung zugegriffen werden, was mit der herkömmlichen analogen Technik nicht möglich war. „Da wir unsere Maschinen weltweit vertreiben, stellt die komplette Fernwartbarkeit für uns einen entscheidenden Vorteil dar“, betont Holger Engert. Auch hier können wieder Kosten eingespart werden, wenn z. B. im Problemfall Prozessparameter und -zustände von Würzburg aus überprüft werden können. Durch den Zugriff auf die komplette Maschinensteuerung via VPN kann ein Servicetechniker innerhalb weniger Minuten eine Diagnose der Mess- und Steuerungskomponenten durchführen und auf diese Weise einen eventuell aufgetretenen Fehler lokalisieren und beheben. Dies wird langfristig dazu beitragen, die Anzahl der Montageeinsätze zu reduzieren.

Device Type Manager

Dazu trägt auch der Eingangs erwähnte, neu eingeführte Device Type Manager bei, der eigens von HBM für den digiCLIP Verstärker entwickelt wurde. Der DTM funktioniert dabei wie der Druckertreiber für einen PC. Er beinhaltet alle Funktionen, die zur Parametrierung, Bedienung und Diagnose der digiCLIP Verstärker benötigt werden. Die graphische Benutzeroberfläche stellt dabei die einfache Bedienbarkeit sicher. Als FDT-Container (Field Device Tool), auf dem sämtliche DTM laufen, kommt bei der KBA IndraWorks von Bosch Rexroth zum Einsatz. Mit nur einem Doppelklick auf das DTM erhält der Servicetechniker nun an einem zentralen Punkt der Anlage einen Zustandsbericht über sämtliche installierten digiCLIP Verstärker und kann sofort eine erweiterte Diagnose starten. Die Tests mit FDT-Container und DTM sind so gut wie erfolgreich abgeschlossen, und der Druckmaschinen-Prototyp verrichtet zuverlässig seine Arbeit.

Holger Engert zu den Vorteilen des DTM: „Ohne eine einzige eigene Zeile Programmcode zu generieren, nutzen wir die volle Funktionalität der HBM-Software ‚digiCLIP Assistent’ in einer herstellerunabhängigen FDT-Rahmenapplikation zur Parametrierung und Überwachung unserer Bahnspannungsmessstellen.“

„Die kompetente und unkomplizierte Beratung durch die zuständigen HBM-Mitarbeiter während der Prototypenphase hat uns sehr dabei geholfen, die Umstellung auf die neue Technik problemlos zu realisieren“, fasst Holger Engert abschließend zusammen.

Digitaler Messverstärker digiCLIP

Die digitalen Messverstärker digiCLIP von HBM eignen sich speziell für Automatisierungsanwendungen im industriellen Umfeld. Die Module zeichnen sich durch eine störsichere und stabil arbeitende Messtechnik mit hervorragender Messqualität aus. Messgrößen wie Kraft, Dehnung, Drehmoment und Druck werden mit den Trägerfrequenzmodulen störsicher und zuverlässig gemessen. Der Nutzer kann die Sensorik innerhalb weniger Sekunden fehlerfrei an den Messverstärker anpassen. Zur Kommunikation hat jedes Modul eine Profibus-DP-Schnittstelle, über die Parametrisierung, Messwerterfassung, Ferndiagnose und Backup erfolgen kann. Zusätzlich ist noch ein separates Profibus-Adaptermodul erhältlich, das eine Standard-Steckverbindung für den Profibus bietet. Die Module verfügen über einen internen digitalen Signalprozessor, der aus den Messsignalen praxistaugliche Kenngrößen, wie Grenz- und Momentanwerte oder Spitzenwerte, berechnet. Diese leistungsstarke Signalkonditionierung verfügt über eine Selbstüberwachung und entlastet damit die nachfolgenden Automatisierungssysteme. Damit lassen sich dezentrale Strukturen einfach verwirklichen. Mit dem nun kostenlos erhältlichen Device Type Manager (DTM) ist zudem die Parametrierung, Bedienung und Diagnose sämtlicher installierter digiCLIP Verstärker über eine graphische Benutzeroberfläche von einem zentralen Punkt aus möglich.

Autor: Dipl.-Ing. Michael Guckes ist seit 15 Jahren im Bereich industrielle Automation als Elektroingenieur mit der Fachrichtung Nachrichtentechnik tätig. Seit 2004 betreut er bei HBM im Produktmarketing den Bereich Industrielle Messverstärker.

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