Contrôle précis de la vitesse et moteur dans les machines d'imprimerie

Les machines d'imprimerie exigent l'une des caractéristiques les plus difficiles attendues d'un moteur électrique : une stabilité de vitesse irréprochable. La qualité d'impression dépend directement de la régularité et du contrôle de la vitesse de passage du papier ou du film dans la machine. Une fluctuation de vitesse survenant en une fraction de seconde provoque un décalage dans la superposition des couleurs, une image floue ou une erreur d'enroulement. C'est pourquoi, dans le secteur de l'imprimerie, le moteur n'est pas seulement un élément qui fournit de la puissance ; il est un instrument de contrôle précis qui détermine la netteté et la qualité de l'impression. Dans cet article, nous abordons la manière dont le contrôle précis de la vitesse et de la tension est assuré sur les lignes d'impression et d'enroulement, le rôle du variateur de fréquence et de la commande vectorielle dans cette tâche, et l'effet d'un fonctionnement stable à faible vibration sur la qualité d'impression.

Contrairement aux secteurs de service intensif, les applications d'imprimerie demandent de la précision et de la répétabilité plutôt qu'un couple élevé. Le moteur doit répondre de la même façon à chaque commande et toutes les sections de la ligne doivent fonctionner en harmonie les unes avec les autres. Pour aborder le sujet dans un cadre général, notre article moteurs électriques industriels offre une bonne base.

Relation entre la qualité d'impression et la stabilité de la vitesse

Le processus d'impression repose sur le passage du papier ou du film à travers les cylindres à une vitesse constante et prévisible. Plus la vitesse est stable, plus le transfert de l'encre et le séchage se déroulent de façon régulière. La moindre fluctuation de la vitesse entraîne des défauts visibles à l'œil nu dans le motif imprimé. C'est pourquoi la tâche fondamentale du moteur d'imprimerie est de maintenir sa vitesse constante malgré les variations de charge.

Synchronisation en impression multicolore

En impression multicolore, chaque couleur est appliquée dans une unité d'impression distincte et toutes ces unités doivent imprimer sur le même papier dans un alignement irréprochable. La moindre différence de vitesse entre les unités provoque un décalage des couleurs et un flou de l'image. Sur les machines d'imprimerie modernes, chaque unité est entraînée par un moteur distinct et ces moteurs sont synchronisés électroniquement. Cette synchronisation est assurée par un variateur de fréquence et des systèmes de retour d'information précis. Nous avons abordé les fondements de la précision de contrôle offerte par les variateurs de fréquence dans notre article économie d'énergie avec un variateur de fréquence.

Contrôle de la tension sur les lignes d'enroulement et de déroulement

Sur les lignes d'alimentation et d'enroulement de bobines, le maintien d'une tension constante du matériau est critique pour la qualité d'impression. À mesure que la bobine se déroule, son diamètre diminue ; cela oblige le moteur à ajuster en permanence sa vitesse pour conserver la même vitesse linéaire. Si la tension se relâche, le matériau se plisse ; s'il est trop tendu, il se rompt. Pour assurer cet équilibre délicat, le couple et la vitesse du moteur sont contrôlés en continu. Sur les lignes d'enroulement, un moteur tire généralement le matériau tandis qu'un autre applique un couple de freinage contrôlé ; l'harmonie de ces deux moteurs maintient la tension constante.

Le rôle du variateur de fréquence et de la commande vectorielle

Sur les machines d'imprimerie, une simple commande marche-arrêt ne suffit pas. La vitesse et le couple du moteur doivent être ajustés instantanément et avec précision. C'est pourquoi le variateur de fréquence est un élément indispensable des lignes d'imprimerie. Le variateur de fréquence fait varier la vitesse du moteur de zéro à la pleine vitesse de manière fluide et maintient la vitesse souhaitée à chaque étape du processus d'impression. Cependant, la plus haute précision est obtenue avec la commande vectorielle. Nous avons comparé en détail la différence fondamentale entre la commande vectorielle et la commande V/f dans notre article différence entre la commande V/f et la commande vectorielle du variateur.

Besoin de couple maximal à faible vitesse

Les machines d'imprimerie ont besoin du couple maximal même à faible vitesse au démarrage de l'impression et pendant l'accélération. Lorsque la machine commence lentement à fonctionner, si le couple n'est pas suffisant pour mettre en mouvement le papier ou le film, des défauts d'impression apparaissent sur les premiers mètres. La commande vectorielle gère précisément le champ magnétique du moteur et fournit ainsi un couple stable et élevé même à faible vitesse. Cette caractéristique garantit une impression de qualité dès le premier instant.

Comparaison : section de la ligne et attente vis-à-vis du moteur

Les principales sections de la ligne d'imprimerie et leurs attentes vis-à-vis du moteur sont résumées dans le tableau ci-dessous :

Effet de la vibration sur la qualité d'impression

Sur les machines d'imprimerie, la vibration est l'ennemi caché de la qualité d'impression. La moindre vibration dans les cylindres provoque des stries, des ombres ou des déformations du motif dans l'impression. Un moteur bien équilibré fonctionne silencieusement et ne transmet pas de vibration à la surface d'impression. Nous avons rassemblé les moyens de réduire la vibration dans notre article réduction du bruit et des vibrations du moteur électrique.

Fluidité lors des transitions de vitesse

Les machines d'imprimerie accélèrent, ralentissent et s'arrêtent fréquemment. La fluidité de ces transitions est indispensable à la fois pour la protection du matériau et pour la qualité d'impression. Une accélération ou un ralentissement brusque rompt l'équilibre de la tension et provoque le plissement ou la rupture du matériau. Le variateur de fréquence adoucit les rampes d'accélération et de décélération et rend ainsi ces transitions contrôlées. La machine fonctionne donc en protégeant le matériau à chaque changement de vitesse.

Pompes à encre et entraînements auxiliaires

Des pompes sont utilisées pour alimenter l'encre de manière contrôlée durant le processus d'impression. Le débit de ces pompes doit être en accord avec la vitesse d'impression ; sinon, l'encre est transférée en excès ou en quantité insuffisante. Nous avons examiné les critères fondamentaux du choix d'un moteur de pompe dans notre article choix du moteur électrique pour pompe à eau. Par ailleurs, pour un choix correct des ventilateurs utilisés dans les sections d'impression et de séchage, vous pouvez consulter notre article choix du moteur électrique pour ventilateur et ventilateur d'extraction.

Séchage et gestion de l'air

Après l'impression, des unités de séchage et des systèmes d'air sont utilisés pour que l'encre sèche. Le débit des ventilateurs de ces systèmes est réglé selon la vitesse d'impression et le type d'encre. Les ventilateurs de séchage contrôlés par un variateur de fréquence assurent à la fois une économie d'énergie et un séchage correct de l'impression. L'accord entre la vitesse de séchage et la vitesse d'impression permet à l'encre de sécher sans faire de taches.

Convoyeurs et systèmes de transport

Une fois l'impression terminée, le produit est transporté vers les sections de coupe, de pliage et d'emballage. Ces systèmes de transport fonctionnent avec un moteur électrique et leur vitesse doit être en accord avec la ligne d'impression principale. Le choix correct des entraînements de transport assure un flux continu tout au long de la ligne. Nous avons abordé les subtilités du choix d'un moteur de convoyeur dans notre article choix du moteur électrique pour bande transporteuse. Pour ceux qui souhaitent se remémorer les principes de fonctionnement fondamentaux du moteur, notre article qu'est-ce qu'un moteur électrique sera utile.

Efficacité énergétique et économies grâce au variateur de fréquence

Comme les machines d'imprimerie fonctionnent en continu, le rendement des moteurs constitue un poste de coût important. Les moteurs de classe de rendement IE3, IE4 et IE5 produisent nettement moins de pertes que les moteurs standard. Lorsque la vitesse est contrôlée par un variateur de fréquence, le moteur ne consomme que l'énergie nécessaire ; cela permet de grandes économies sur les moteurs fonctionnant à vide ou à faible charge. Nous avons expliqué en détail ce que signifient les classes de rendement dans notre article moteurs électriques à haut rendement.

Gestion de l'échauffement et du refroidissement

Lorsque les moteurs d'imprimerie fonctionnent longtemps à faible vitesse, leur propre refroidissement peut s'affaiblir. Sur les moteurs fonctionnant à faible vitesse avec un variateur de fréquence en particulier, le refroidissement assuré par le ventilateur diminue et le moteur s'échauffe. Dans ce cas, des solutions de refroidissement supplémentaires ou des moteurs choisis dans une classe appropriée entrent en jeu. La surveillance de la température du bobinage garantit que le moteur fonctionne dans une plage sûre. Nous avons expliqué ce sujet en détail dans notre article contrôle de la température du moteur électrique.

Protection contre l'environnement et propreté

L'environnement d'une imprimerie contient de la poussière de papier, des particules d'encre et de l'humidité. Ces facteurs peuvent s'infiltrer à l'intérieur du moteur et affecter l'isolation et les roulements. C'est pourquoi l'indice de protection des moteurs d'imprimerie est choisi en fonction des conditions ambiantes. Un indice de protection IP correct assure un fonctionnement durable et fiable du moteur. Nous avons expliqué quel indice de protection est nécessaire dans quel environnement dans notre article choix de l'indice de protection IP du moteur électrique.

Répétabilité et constance de la production

Dans le secteur de l'imprimerie, on attend qu'un même travail soit imprimé avec la même qualité à différents moments. Cette répétabilité dépend de la capacité du moteur à fournir chaque fois la même réponse en vitesse et en couple. Un moteur stable et contrôlé avec précision garantit la constance de la production. La répétabilité est déterminante à la fois pour la satisfaction du client et pour la réduction du taux de rebut. Un système d'entraînement bien conçu offre la même haute qualité à chaque travail d'impression.

Bon appariement du moteur et du variateur

Dans les applications d'imprimerie, le moteur et le variateur de fréquence sont choisis comme un ensemble. Le meilleur résultat est obtenu lorsque la précision de contrôle du variateur, la structure du moteur et le système de retour d'information sont en accord les uns avec les autres. Un couple moteur-variateur mal apparié affecte négativement la stabilité de la vitesse et la qualité d'impression. C'est pourquoi, lors de la conception du système d'entraînement, le moteur, le variateur et le contrôle sont évalués ensemble.

Besoins en moteur variant selon la méthode d'impression

Le secteur de l'imprimerie ne se limite pas à une seule technologie. Sur les presses offset à feuilles, les feuilles de papier sont alimentées une par une et chaque feuille doit entrer dans les cylindres avec une synchronisation irréprochable. Sur les presses rotatives, en revanche, le papier défile à grande vitesse sous la forme d'une bobine continue ; ici, la stabilité de la vitesse et le contrôle de la tension passent au premier plan. Dans des méthodes comme l'héliogravure et la flexographie, la régularité de l'impression par cylindre dépend directement de la stabilité de la vitesse du moteur. En impression numérique, c'est la précision de position des moteurs d'alimentation et de transport qui est déterminante. Chaque méthode d'impression demande au moteur un caractère de contrôle différent ; c'est pourquoi le choix du moteur est personnalisé selon la technologie utilisée.

Repère de repérage et alignement automatique

En impression multicolore et multicouche, des repères de repérage sont utilisés pour que les couleurs et les motifs soient parfaitement alignés les uns par rapport aux autres. Ces repères sont lus par des capteurs et, lorsqu'un décalage d'alignement est constaté, la vitesse du moteur est corrigée instantanément. Cet alignement automatique exige que le moteur réponde très rapidement et avec précision aux commandes. Un moteur à commande vectorielle applique ces petites corrections soudaines avec stabilité et maintient l'impression alignée. Le succès de l'alignement automatique dépend directement de la précision du système d'entraînement ; c'est pourquoi la rapidité de réponse des moteurs d'imprimerie passe au premier plan.

Souplesse dans la vitesse de travail

Les imprimeries travaillent à différentes vitesses d'impression selon les travaux. Une impression précise réalisée sur un papier fin exige une vitesse différente de celle d'une impression réalisée sur un carton épais. Le variateur de fréquence assure cette souplesse en ajustant la vitesse du moteur de manière fluide dans une large plage. De plus, on peut passer rapidement d'un travail à un autre sur la même machine ; l'opérateur modifie facilement la vitesse d'impression selon les exigences du travail. Cette souplesse augmente à la fois la diversité de la production et le rendement d'utilisation de la machine. Un moteur fournissant un couple stable dans une large plage de vitesse est le fondement de cette souplesse.

Postes de maintenance qui préservent la qualité d'impression sur la ligne d'imprimerie

Comme les machines d'imprimerie fonctionnent avec une grande précision, la maintenance régulière des moteurs est obligatoire pour préserver la qualité d'impression. L'usure des roulements ou un déséquilibre augmente la vibration avec le temps et provoque des défauts dans l'impression. Le contrôle régulier des roulements, la mesure de la résistance d'isolement et la surveillance des vibrations préservent la précision du moteur pendant de longues années. Un moteur bien entretenu vit plus longtemps et maintient également la qualité d'impression constante. La maintenance planifiée empêche les arrêts imprévus et garantit ainsi la continuité de la production.

Exigences particulières en impression d'emballage

L'impression d'emballage exige d'imprimer sur des surfaces très variées telles que les films souples, le carton et les matériaux d'étiquetage. Chaque matériau demande un profil de tension et de vitesse différent ; un film fin se rompt facilement s'il est trop tendu, tandis qu'un carton épais exige un couple plus élevé. Cette diversité impose que le moteur et le variateur assurent un contrôle précis sur une large plage de fonctionnement. Sur les lignes d'emballage, les unités de vernissage, de gaufrage et de découpe fonctionnent en outre en synchronisme avec la ligne d'impression. Le mouvement harmonieux de toutes ces sections est rendu possible grâce au contrôle précis de la vitesse des moteurs. La bonne solution d'entraînement garantit en impression d'emballage à la fois la qualité et la vitesse de production.

Contrôle par l'opérateur et compatibilité avec l'automatisation

Les machines d'imprimerie modernes sont gérées par un système de contrôle centralisé. L'opérateur règle la vitesse d'impression, la tension et l'alignement depuis un seul panneau ; ces commandes sont transmises aux moteurs par l'intermédiaire des variateurs de fréquence. L'intégration sans problème des moteurs à ce système de contrôle est une condition préalable au fonctionnement fluide de la ligne. Les données de retour d'information fournies par le variateur donnent à l'opérateur une information instantanée sur l'état du moteur et permettent de repérer tôt les problèmes éventuels. Cette compatibilité avec l'automatisation augmente le rendement de production et réduit le taux d'erreur. Un système d'entraînement bien intégré révèle tout le potentiel de la machine d'imprimerie.

Retour d'information et contrôle en boucle fermée

La plus haute qualité d'impression est obtenue avec des systèmes de contrôle en boucle fermée. Dans ces systèmes, la vitesse et la position réelles du moteur sont mesurées en continu et comparées à la valeur visée ; le moindre écart est corrigé immédiatement. Grâce au retour d'information, le moteur maintient sa vitesse constante malgré les variations de charge et conserve la même vitesse tout au long de l'impression. Cette structure en boucle fermée empêche le décalage et le défaut d'alignement, en particulier lors des impressions à grande vitesse et multicolores. La précision du système de retour d'information se répercute directement sur la qualité d'impression ; c'est pourquoi, dans les entraînements d'imprimerie, le moteur, le variateur et le retour d'information sont conçus comme un ensemble. Un système en boucle fermée bien mis en place offre un résultat constant sur chaque mètre du travail d'impression.

Démarrage progressif et protection mécanique

Au démarrage des machines d'imprimerie, l'entrée en service du moteur avec un couple brusque endommage à la fois le matériau et les éléments de transmission mécanique. Un démarrage brusque provoque la rupture du papier ou une contrainte excessive sur les engrenages et les courroies. Le variateur de fréquence assure un démarrage progressif en accélérant le moteur par paliers depuis une vitesse nulle. Ce démarrage progressif protège le matériau et prolonge également la durée de vie des éléments de transmission. De la même manière, lors de l'arrêt de la machine, un ralentissement contrôlé préserve l'équilibre de la tension et empêche l'endommagement du matériau. Le démarrage et l'arrêt progressifs sont une caractéristique fondamentale qui augmente à la fois la fiabilité et la durée de vie de la ligne d'imprimerie.

L'avantage DRG Motor pour les machines d'imprimerie

DRG Motor propose des moteurs asynchrones AC de classe de rendement IE3, IE4 et IE5, adaptés aux besoins de contrôle précis de la vitesse et de la tension des machines d'imprimerie. La pleine compatibilité avec le variateur de fréquence et la commande vectorielle, une structure équilibrée à faible vibration, un couple stable à faible vitesse et un indice de protection approprié font des moteurs DRG un choix fiable pour les applications d'impression, d'enroulement, de coupe et de séchage. Pour obtenir une stabilité de vitesse irréprochable et une haute qualité d'impression dans chaque section de votre ligne d'impression, vous pouvez contacter l'équipe d'ingénierie de DRG Motor concernant le choix du bon moteur, du bon variateur et de la bonne classe de rendement.