Analyse des Einsatzfalls „Andruck“

Im Andruckfall wird reproduzierbar aus dem leeren Farbwerk angedruckt. Um die notwendige Farbschichtdicke auf dem Papier zu erreichen, muss sich das Schichtdickenprofil in Farbflussrichtung ausbilden. Die dafür notwendige Farb-menge hängt direkt von der Zielvolltondichte ab und ist praktisch unabhängig von der zonalen Flächendeckung. Sobald diese Farbmenge vollständig dem Farbwerk zugeführt ist, muss der stationäre Farbabfluss über das Papier ausgeglichen wer-den. Der Farbabfluss ist direkt von der Flächendeckung und der optischen Dichte abhängig.

Exemplarisch ist in Abbildung 72 ein Andruckprozess mit einer konventionellen Regelung dargestellt. Jede Linie entspricht der Volltondichte einer Zone. Die Ziel-dichte beträgt 1,6 ± 5 %. Die Flächendeckungen sind für die bedruckten Zonen ebenfalls dargestellt. Die äußeren Zonen eins bis vier und 36 bis 39 werden auf-grund einer teilbreiten Papierbahn nicht bedruckt. Die Randzonen fünf und 35 sind gestrichelt gezeichnet, da sich deren Verhalten von den inneren Zonen aufgrund der unterschiedlichen Verreibungsbedingungen unterscheidet.

Abbildung 72: Verlauf der optischen Dichte bei Druckbeginn aus dem gewa-0

0,6 1,2 1,8

0 100 200 300 400

Volltondichte

Zeit

-Sek.

0 5 10 15 20

5 10 15 20 25 30 35

Flächendeckung

Zonennummer

%

-Das Anschwenken der Andruckwalzen auf die Papierbahn geschieht bei t = 0 Sekunden. Die ersten Messwerte werden nach 55 Sekunden ermittelt, was durch das Messprinzip gemäß Kapitel 1.3 begründet ist. Die ersten realen Mess-werte liegen im Bereich von 0,65 bis 1,75. Die hohe Schwankungsbreite ist in ers-ter Linie auf die uners-terschiedlichen zonalen Flächendeckungen sowie die Varianz des ersten Farbübertrags zurückzuführen. Mithilfe der ersten Messwerte erfolgt die Berechnung der zonalen Regelfehler e, welche an den Regler übergeben wer-den. Damit ist der Regelkreis geschlossen. Die Toleranz wird etwa 380 Sekunden nach Druckstart in allen Zonen erreicht. Das relativ träge Verhalten des Regelkrei-ses ist auf die Eigendynamik des Farbwerks sowie auf die Parametrierung des Reglers zurückzuführen. Die Reglerparametrierung ist so gewählt, dass trotz der im Regelkreis vorhandenen Totzeit ein stabiles Regelungsverhalten erzielbart wird.

Diese Reglerparametrierung reduziert jedoch die erreichbare Regelungsdynamik, es entstehen in dieser Produktion etwa 2.400 Exemplare Makulatur.

Im Vergleich dazu sind die Dichteverläufe der modellbasierten Regelung mit kogni-tiver Parameteranpassung in Abbildung 73 dargestellt. Die Dichteverläufe wurden parallel zur Messung gemäß Abbildung 72 aufgenommen und sind somit gut ver-gleichbar. Die Randzonen sind ebenfalls gestrichelt gezeichnet.

Abbildung 73: Verlauf der optischen Dichte bei Druckbeginn aus dem gewa-schenem Farbwerk mit der modellbasierten Dichteregelung

Analog zur konventionellen Farbdichteregelung liegen die ersten Messwerte der modellbasierten Regelung erst 55 Sekunden nach Druckstart vor, da beide Mes-sungen gleichzeitig beginnen. Der Schwankungsbereich ist von 1,25 bis 1,53 je-doch entscheidend geringer als um Standardbetrieb, die Dichtewerte aller Zonen

0

-steigen anfangs in Richtung des Sollwerts 1,6 an. Nach einem Überschwingen von maximal 11 % des Sollwerts gelangen alle Zonen in die Toleranz und bleiben dort.

Das Einschwingen ist bei 220 Sekunden vollständig abgeschlossen. Zone 34, als Nachbarzone der Randzone 35, weist das langsamste Einschwingverhalten auf.

Würde diese nicht betrachtet, so würde die Toleranz merkbar schneller erreicht.

Selbst bei Berücksichtigung von Zone 34 beträgt die Einschwingdauer nur etwa 50 % der konventionellen Regelung. Die verbesserte Dichteregelung drückt sich entsprechend auch in der Makulatur aus. Im Vergleich zur konventionellen Anfahr-regelung, welche eine Makulatur von 2.370 Exemplaren aufweist, liegt die modell-basierte Regelung bei etwa 1.265 Exemplaren. Die Makulatur reduziert sich in diesem Fall auf etwa 53 % des ursprünglichen Werts.

Um die Vorgänge während der Andruckphase zu erläutern, sind die verschiedenen Größen einer Zone detailliert in Abbildung 74 dargestellt. Ferner sind die Stellgrö-ßen „Farbduktordrehzahl“ und „Zonenöffnung“ sowie die simulierte Dichte und die gemessene Dichte aufgeführt.

Abbildung 74: Detaillierte Darstellung der Stell- und Regelgrößen während des Andrucks aus einem gewaschenen Farbwerk

Mit dem ersten Umdruck auf das Papier startet der Regler, wobei zu Beginn eine simulierte Dichte von null zurückgegeben wird, da das Farbwerk leer ist.

Dement-0 20 40 60 80 100

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2

0 100 200 300 400

Z o n en ö ffn u n g /D u kto rd reh z ah l

V o ll to n d ich te

Zeit

gemessene Dichte simulierte Dichte Zonenöffnung Farbduktordrehzahl

- %

Sek.

ken während dieser Zeit aufgrund des abnehmenden Regelfehlers, wobei die Farbduktordrehzahl überproportional stärker sinkt als die Zonenöffnung aufgrund der in Kapitel 5.3.3 beschriebenen Zeitabhängigkeit der virtuellen Stellgröße Yvir. Der erste Messwert, welcher totzeitbehaftet ist, liegt mit etwa 1,45 knapp unterhalb der zulässigen Toleranz. Dem Regler wurden dementsprechend während des An-fahrens sehr realistische Messwerte zugeführt. Sobald reale Messwerte vorliegen, werden diese verwendet. Damit ist der Regelkreis über die Sensorik geschlossen.

Das Simulationsmodell berechnet weiterhin die optische Dichte, welche jedoch um die Stell- und Totzeit versetzt etwas schneller ist als die realen Messwerte. Die Regelgröße bewegt sich ab etwa 60 Sekunden innerhalb der zulässigen Toleranz.

Die Abläufe sind in den anderen Zonen vergleichbar, die realen Messwerte sowie die Simulationsergebnisse variieren in Abhängigkeit von der gewählten Farbergie-bigkeit, von der Flächendeckung und vom Zonenoffset. Die qualitativen Vorgänge sind über alle Zonen gleich, eine besondere Berücksichtigung der Randzonenef-fekte ist bisher nicht implementiert.

Die realisierbaren Einsparungen, welche aus mehreren Produktionsläufen gemit-telt wurden, zeigt Abbildung 75.

Abbildung 75: Potenziale der modellbasierten Farbdichteregelung im Anfahrprozess (eigene Ergebnisse)

Das Potenzial der modellbasierten Dichteregelung ist im Andruck relativ hoch, da bei der konventionellen Regelung zuerst das Farbwerk vorbefüllt werden muss.

Die modellbasierte Dichteregelung ermöglicht eine Reduzierung von etwa 40 % der farbbedingten Makulatur. Die wirtschaftliche Bewertung der Einsparungen er-folgt in Kapitel 7.3.2.

konventionell konventionell

modellbasiert

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500

Makulatur Zeit

farbbedingteMakulatur/ Einregeldauer

Ex. bzw.

Sek. -37 %

-39 %