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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dosierung von Puder
auf ein bahn- oder blattförmiges
Produkt, insbesondere auf einen ein- oder beidseitig bedruckten
Papierbogen, mittels einer Dosiervorrichtung. Die Erfindung betrifft
außerdem
eine Dosiervorrichtung zur Dosierung von Puder auf ein bahn- oder blattförmiges Produkt,
insbesondere auf einen ein- oder beidseitig bedruckten Papierbogen.
Die Dosiervorrichtung weist ein Gehäuse und ein darin drehbar gelagertes,
von einem Schrittmotor angetriebenes Dosierorgan auf.
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Ein
derartiges Verfahren und eine derartige Dosiervorrichtung sind bspw.
aus der
DE 198 36
014 A1 bekannt. Dort wird ein walzendosierer mit einem
als Vorratsbehälter
für Puder
dienenden Trichter beschrieben. Bei dem Walzendosierer ist das Dosierorgan
als eine Dosierwalze ausgebildet, die um eine horizontale Achse drehbar
ist. Zum Betrieb des Walzendosierers wird die Dosierwalze von dem
Schrittmotor um die horizontale Achse gedreht. Dabei gelangt Puder
aus dem Trichter durch eine Einlassöffnung an der Oberseite des
Gehäuses
auf den Umfang der Dosierwalze. Durch die Drehbewegung der Dosierwalze
wird der Puder von der Einlassöffnung
zu einer an der Unterseite des Gehäuses angeordneten Auslassöffnung befördert. Von
der Auslassöffnung
gelangt der Puder dann über
eine pneumatische Injektorvorrichtung zu einer Verteilanlage mit mehreren
als Düsen
ausgebildeten Dosieröffnungen.
Der Puder wird über
die Düsen
auf das zu bepudernde bahn- oder blattförmige Produkt aufgetragen.
Das bahn- oder blattförmige
Produkt ist insbesondere als ein in einer Druckmaschine bedruckter
Papierbogen ausgebildet. Durch das Auftragen von Puder auf die Oberfläche von
nach dem Bedrucken aufeinander abgelegten Papierbogen kann ein Verkleben
der Papierbogen aufgrund noch feuchter Druckfarbe verhindert und
eine rasche Trocknung der Druckfarbe ermöglicht werden.
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Die
Dosierung des Puders erfolgt über
den Schrittmotor, insbesondere über
dessen Drehzahl, d.h. über
die Anzahl der Schritte. Eine Umdrehung des Schrittmotors kann in
bis zu mehrere hundert Schritte unterteilt werden. Die zu dosierende
Pudermenge (m) ist abhängig
von der pro Zeiteinheit auf den Papierbogen aufzubringenden Pudermenge
(m(t) in der Einheit Gramm/Sekunde), von der Länge (1 in der Einheit Meter) und
der Breite (b in der Einheit Meter) des Papierbogens und von der
Geschwindigkeit (V in der Einheit Meter/Sekunde) des Papierbogens
relativ zu den Düsen.
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Eine
bestimmte maximale entweder pro Flächeneinheit oder pro Zeiteinheit
auf einen Papierbogen aufzutragende Pudermenge wird als 100% Pudermenge
m definiert. In einer Look-up-Tabelle (vgl. 2) wird die Anzahl (N_tab) der Schritte
des Schrittmotors für
Papierbogen einer vorgegebenen maximalen Länge (l_max) in Abhängigkeit
von Breite des Papierbogens und von einer gewünschten Pudermenge (m) in Prozent abgelegt.
Die maximale Länge
(l_max) der Papierbogen ergibt sich aus dem Abstand zweier Greifer
zum Greifen aufeinanderfolgender Papierbogen. Die Breite der Papierbogen
wird durch die Anzahl (n) der vorzugsweise nebeneinander angeordneten
geöffneten
Düsen der
Verteilanlage berücksichtigt.
Bei den verschiedenen Injektorvorrichtungen kann bspw. zwischen
4, 6, 8 oder zwischen 8, 10, 12 geöffneten Düsen gewählt werden. In der Look-up-Tabelle
in 2 sind die Anzahl
(N_tab) der Schritte für
4, 6 und 8 geöffnete
Düsen angegeben.
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Die
Anzahl (N_tab) der für
Papierbogen der maximalen Länge
(l_max) angegebenen Schritte des Schrittmotors können an die tatsächliche
Länge (1)
eines Papierbogens anhand der nachfolgenden Gleichung angepasst
werden: N = int{N_tab·(l/l_max)}
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Um
sicherzustellen, dass unabhängig
von den im Rahmen der Integerzahlbildung gestrichenen Nachkommastellen
in jedem Fall genug Puder auf einen Papierbogen aufgetragen wird,
kann zu der sich aus der obigen Gleichung ergebenden tatsächlichen
Anzahl (N) der Schritte des Schrittmotors ein konstanter Summand,
z. B. "1", addiert werden.
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Der
zeitliche Abstand (t) zwischen den einzelnen Schritten des Schrittmotors
ist abhängig
von der Geschwindigkeit (V) der Papierbogen relativ zu den Düsen der
Verteilanlage. Je schneller die Papierbogen unter der Verteilanlage
hindurchbewegt werden, desto kürzer
ist die Zeit, innerhalb der die gewünschte Pudermenge gefördert, bzw.
innerhalb der die ermittelte Anzahl (N) der Schritte ausgeführt werden
muss. Der zeitliche Abstand (t) zwischen den Schritten wird aus
der nachfolgenden Gleichung ermittelt: t = l/(V·N)
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Die
Ansteuerung des Schrittmotors wird von einer Steuereinheit ausgeführt, die
aus der Look-up-Tabelle in Abhängigkeit
von der gewünschten
Pudermenge und von der Breite des Papierbogens die entsprechende
Anzahl der Schritte des Schrittmotors entnimmt, die Anzahl gemäß der Tabelle
in eine tatsächliche
Anzahl gemäß der Länge des
Papierbogens umrechnet, aus der tatsächlichen Anzahl der Schritte
und aus der Geschwindigkeit der Papierbogen den zeitlichen Abstand
zwischen den einzelnen Schritten ermittelt und den Schrittmotor
entsprechend ansteuert.
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Während des
Betriebs der Dosiervorrichtung kann es in Abhängigkeit von der zu dosierenden
Pudermenge, von den Abmessungen des zu bepudernden Papierbogens
und von der Geschwindigkeit des Papierbogens zu unterschiedlichen
zeitlichen Abständen
zwischen den einzelnen Schritten des Schrittmotors, d.h. zu unterschiedlichen
Betriebsfrequenzen (Kehrwert der zeitlichen Abstände), kommen. Rein theoretisch
besteht ein proportionaler Zusammenhang zwischen der vorgegebenen
Pudermenge [%] und der tatsächlich
zudosierten Pudermenge bzw. zwischen der Betriebsfrequenz und der
tatsächlich
zudosierten Pudermenge. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass
der Zusammenhang zwischen der Betriebsfrequenz und der zudosierten
Pudermenge weder proportional noch stetig ist. Vielmehr kommt es
in bestimmten Betriebszuständen
der Dosiervorrichtung trotz einer Zunahme der Betriebsfrequenz unerwarteterweise
zu einer Abnahme der zudosierten Pudermenge. Um sicherzustellen,
dass auch in diesem Betriebszuständen
eine ausreichend große, d.h.
zumindest die vorgegebene Pudermenge tatsächlich zudosiert wird, wird
die gesamte Proportionalitätsgerade,
die den theoretisch proportionalen Zusammenhang zwischen der Betriebsfrequenz
und der zudosierten Pudermenge widergibt, hin zu größeren Pudermengen
angehoben. Das bedeutet jedoch, dass in den Betriebszuständen der
Dosiervorrichtung, in denen der proportionale Zusammenhang zwischen
der Betriebsfrequenz und der zudosierten Pudermenge gilt, nunmehr
zu viel Puder zudosiert wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die von
einer Dosiervorrichtung zudosierte Pudermenge in sämtlichen
Betriebszuständen
der Dosiervorrichtung möglichst
genau einstellen zu können,
um so die Menge überschüssigen Puders
reduzieren zu können.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe schlägt
die Erfindung ausgehend von dem Verfahren zur Dosierung von Puder
der eingangs genannten Art vor, dass Vibrationen der Dosiervorrichtung,
die während
des Betriebs der Dosiervorrichtung in bestimmten Betriebszuständen verstärkt auftreten,
gedämpft
werden.
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Wenn
der Schrittmotor das Dosierorgan betätigt, führt er Schritt für Schritt
eine Drehbewegung aus. Wenn der Schrittmotor nach einem Schritt
eine neue Stellung erreicht, schwingt er zunächst um diese Stellung nach.
Die Nachschwingsdauer ist abhängig
von dem Haltedrehmoment des Schrittmotors und von dem Trägheitsmoment
der rotierenden Teile der Dosiervorrichtung, d.h. von dem Rotor
des Schrittmotors und dem Dosierorgan. Das Nachschwingen des Schrittmotors
stellt so lange kein Problem dar, wie die zeitlichen Abstände zwischen
den einzelnen Schritten des Schrittmotors so groß sind, dass die Nachschwingungen
des Schrittmotors in jeder neuen Stellung nahezu abklingen können, bevor
der nächste
Schritt ausgeführt
wird. Bei höheren Betriebsfrequenzen
des Schrittmotors, d.h. bei kürzeren
zeitlichen Abständen
zwischen den einzelnen Schritten, wird bereits ein neuer Schritt
ausgeführt,
obwohl der Schrittmotor noch um die vorangegangene Stellung nachschwingt.
Auf diese Weise kann es bei bestimmten Betriebsfrequenzen zu einem
Aufschaukeln der Schwingungen kommen, was zu starken Vibrationen
der gesamten Dosiervorrichtung führt.
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Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass die Abweichungen von dem proportionalen Zusammenhang
zwischen der Betriebsfrequenz und der tatsächlich zudosierten Pudermenge,
bzw. von der vorgegebenen Pudermenge und der zudosierten Pudermenge,
von den Vibrationen der Dosiervorrichtung verursacht werden. Diese
Vibrationen führen
dazu, dass der Puder aus einem oberhalb der Dosiervorrichtung angeordneten
Vorratsbehälter
nicht mehr frei von oben durch eine Einlassöffnung auf das in dem Gehäuse angeordnete
Dosierorgan herunterfallen kann. Vielmehr wird der Puder durch die
Vibrationen von der Einlassöffnung weg,
auf schrägen
Flächen
sogar nach oben, gefördert.
Aufgrund der Vibrationen der Dosiervorrichtung wird also in bestimmten Betriebszuständen der
Dosiervorrichtung eine geringere Pudermenge zudosiert als vorgegeben
und als theoretisch berechnet.
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Deshalb
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die Vibrationen der Dosiervorrichtung zu dämpfen. Die Vibrationen können aktiv
oder passiv gedämpft
werden. Bei der aktiven Dämpfung
kann bspw. die Frequenz der Vibrationen der Dosiervorrichtung ermittelt
werden, um die Dosiervorrichtung dann mit denselben, um eine halbe
Periode phasenverschobenen Vibrationen zu beaufschlagen. Dadurch
kann eine Kompensation der Vibrationen erzielt werden. Bei der passiven
Dämpfung
kann bspw. versucht werden, die Amplitude der Vibrationen zu verringern,
um dadurch die Auswirkungen der Vibrationen auf die zudosierte Pudermenge
zu reduzieren. Des weiteren kann die Dosiervorrichtung derart manipuliert
werden, dass die Vibrationen nur noch bei Betriebsfrequenzen verstärkt auftreten,
die außerhalb
der während
des Betriebs der Dosiervorrichtung auftretenden Betriebsfrequenzen
liegen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen,
dass ein Betriebszustand, in dem die Vibrationen gedämpft werden,
in Abhängigkeit
von einem zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Schritte des Schrittmotors
und der Resonanzfrequenz der Dosiervorrichtung bestimmt wird. Die
Vibrationen werden insbesondere in den Betriebszuständen gedämpft, wenn
sie verstärkt
auftreten. Um diese Betriebszustände
zu ermitteln, werden der zeitliche Abstand aufeinanderfolgender
Schritte und die Resonanzfrequenz betrachtet.
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Die
Resonanzfrequenz ist insbesondere abhängig von dem Haltedrehmoment
des Schrittmotors und von dem Trägheitsmoment
der rotierenden Teile der Dosiervorrichtung, d.h. von dem Trägheitsmoment
des Rotors des Schrittmotors und des Dosierorgans. Das Haltedrehmoment
des Schrittmotors wird üblicherweise möglichst
klein gewählt,
damit auch hohe Betriebsfrequenzen erzielt werden können. Aus
demselben Grund wird auch die Masse des Rotors wesentlich größer als
die Masse des Dosierorgans gewählt,
was dazu führt, dass
das Trägheitsmoment
der rotierenden Teile der Dosiervorrichtung im Wesentlichen von
dem Trägheitsmoment
des Rotors des Schrittmotors bestimmt wird. Insgesamt ist die Resonanzfrequenz
der Dosiervorrichtung somit im Wesentlichen abhängig von den Eigenschaften
des Schrittmotors.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vibrationen
in dem Betriebszustand gedämpft
werden, in dem der Kehrwert des zeitlichen Abstandes zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Schritten des Schrittmotors innerhalb eines
die Resonanzfrequenz umfassenden vorgegebenen Frequenzbereiches
liegt. Anders ausgedrückt,
werden die Vibrationen dann gedämpft,
wenn die Betriebsfrequenz des Schrittmotors innerhalb des vorgegebenen
Frequenzbereichs liegt.
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Der
Frequenzbereich wird vorteilhafterweise von einer Anfangsfrequenz
bei mindestens 20 Hz unterhalb der Resonanzfrequenz bis zu einer
Endfrequenz bei mindestens 20 Hz oberhalb der Resonanzfrequenz vorgegeben.
Vorzugsweise wird der Frequenzbereich von einer Anfangsfrequenz
bei 50 Hz unterhalb der Resonanzfrequenz bis zu einer Endfrequenz
bei 100 Hz oberhalb der Resonanzfrequenz vorgegeben.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
vorgeschlagen, dass zum Dämpfen
der Vibrationen der Dosiervorrichtung der zeitliche Abstand aufeinanderfolgender
Schritte des Schrittmotors verkürzt
wird. Anders ausgedrückt,
wird die Betriebsfrequenz des Schrittmotors angehoben. Der zeitliche
Abstand der Schritte des Schrittmotors hat also nicht mehr den anhand
der Look-up-Tabelle
ermittelten Wert, sondern wird kürzer
gewählt.
Auf diese Wiese wird die Betriebsfrequenz des Schrittmotors aus dem
Betriebszustand der Dosiervorrichtung herausbewegt, in dem es zu
verstärkten
Vibrationen kommt. Das führt
zu einer Dämpfung
der Vibrationen in diesem Betriebszustand. Zusätzlich wird durch das Anheben
der Betriebsfrequenz des Schrittmotors erreicht, dass eine größere Pudermenge
als vorgegeben bzw. als theoretisch berechnet zudosiert wird. Dadurch
kann die in der Praxis aufgrund der Vibrationen auftretende Verminderung
der tatsächlich
zudosierten Pudermenge zumindest teilweise kompensiert werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der zeitliche
Abstand anhand einer Korrekturfunktion verkürzt wird.
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Vorteilhafterweise
wird der zeitliche Abstand anhand einer Korrekturgeraden verkürzt. Anders
ausgedrückt,
wird die Betriebsfrequenz des Schrittmotors anhand einer entsprechenden
Korrekturfunktion, insbesondere anhand einer Korrekturgeraden, angehoben.
Die Korrekturfunktion greift insbesondere dann ein, wenn die tatsächlich zudosierte
Pudermenge von dem gemäß dem proportionalen
Zusammenhang zwischen der Betriebsfrequenz und der tatsächlich zudosierten
Pudermenge abweicht.
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Die
Korrekturfunktion wird vorzugsweise nur innerhalb des vorgegebenen
Frequenzbereichs zur Korrektur der zeitlichen Abstände zwischen
den Schritten des Schrittmotors herangezogen. Demgemäß weist
die Korrekturfunktion bei der Anfangsfrequenz und der Endfrequenz
denselben Wert für
den korrigierten Abstand der Schritte auf wie er sich auch aus der
Look-up-Tabelle ergibt. Die Betriebsfrequenz des Schrittmotors wird also
an der Anfangsfrequenz und der Endfrequenz des vorgegebenen Frequenzbereichs
nicht korrigiert. Zwischen der Anfangsfrequenz und der Endfrequenz
können
beliebig viele Korrekturpunkte mit den Koordinaten Betriebsfrequenz
und korrigierter Abstand aufeinanderfolgender Schritte bestimmt werden.
Die Korrekturfunktion wird so bestimmt, dass sie durch die Korrekturpunkte
verläuft.
Zwischen den Korrekturpunkten wird dann interpolliert. Mit Hilfe
der Korrekturfunktion kann also in dem vorgegebenen Frequenzbereich
eine beliebige in einer Look-up-Tabelle abgelegte Betriebsfrequenz
des Schrittmotors in eine korrigierte Betriebsfrequenz umgerechnet
werden.
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Die
Korrekturfunktion kann beliebig ausgebildet sein. Insbesondere ist
an Funktionen beliebiger Ordnung, an Logarithmus- und Exponentialfunktionen
gedacht. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bereits eine Kompensationsgerade
(Funktion erster Ordnung) ausreichend genaue korrigierte Werte für den Abstand
von aufeinanderfolgenden Schritten des Schrittmotors liefert. Außerdem kann
eine Kompensationsgerade mit einem besonders geringen Aufwand ermittelt
werden.
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Es
wird weiterhin vorgeschlagen, dass der einer vorgegebenen Pudermenge
entsprechende Wert des zeitlichen Abstands in die Korrekturfunktion
eingesetzt wird und der sich aus der Korrekturfunktion ergebende Wert
des zeitlichen Abstands den der vorgegebenen Pudermenge entsprechenden
Wert für
die Ansteuerung des Schrittmotors ersetzt. Der Schrittmotor wird
während
der Dämpfung
der Vibrationen also nicht mehr mit den Werten aus der Look-up-Tabelle
angesteuert. Die Werte der Look-up-Tabelle werden vielmehr in die
Korrekturfunktion eingesetzt und der sich ergebende korrigierte
Wert dann für
die Ansteuerung des Schrittmotors herangezogen.
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Zur
Lösung
der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von der Dosiervorrichtung
der eingangs genannten Art des weiteren vorgeschlagen, dass die
Dosiervorrichtung Dämpfungsmittel
zur Dämpfung
von Vibrationen der Dosiervorrichtung aufweist, die während des
Betriebs der Dosiervorrichtung in bestimmten Betriebszuständen verstärkt auftreten.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen,
dass die Dämpfungsmittel
die Vibrationen der Dosiervorrichtung in einem von einem zeitlichen
Abstand aufeinanderfolgender Schritte des Schrittmotors und von
der Resonanzfrequenz der Dosiervorrichtung abhängigen Betriebszustand der
Dosiervorrichtung dämpfen.
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Vorteilhafteweise
dämpfen
die Dämpfungsmittel
die Vibrationen der Dosiervorrichtung in einem Betriebszustand,
in dem der Kehrwert des zeitlichen Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Schritten des Schrittmotors, also die Betriebsfrequenz des Schrittmotors,
innerhalb eines die Resonanzfrequenz umfassenden vorgegebenen Frequenzbereichs
liegt.
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Der
vorgegebene Frequenzbereich reicht vorzugsweise von einer Anfangsfrequenz
beim mindestens 20 Hz unterhalb der Resonanzfrequenz bis zu einer
Endfrequenz bei mindestens 20 Hz oberhalb der Resonanzfrequenz.
Insbesondere reicht der Frequenzbereich von einer Anfangsfrequenz
bei 50 Hz unterhalb der Resonanzfrequenz bis zu einer Endfrequenz
bei 100 Hz oberhalb der Resonanzfrequenz.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
vorgeschlagen, dass die Dämpfungsmittel
den zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Schritte des Schrittmotors
verkürzen. Anders
ausgedrückt,
kann mit den Dämpfungsmitteln
die Betriebsfrequenz des Schrittmotors angehoben werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Dämpfungsmittel
den zeitlichen Abstand aufeinanderfolgender Schritte anhand einer
Korrekturfunktion, insbesondere eine Korrekturgeraden, verkürzen. Die
Korrekturfunktion liefert vorzugsweise in Abhängigkeit von einem der vorgegebenen
Pudermenge entsprechenden zeitlichen Abstand gemäß der Look-up-Tabelle einen verkürzten zeitlichen
Abstand für
die Ansteuerung des Schrittmotors. Ebenso kann die Korrekturfunktion
auch eine erhöhte
Betriebsfrequenz des Schrittmotors liefern.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Dosiervorrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform;
-
2 eine
Look-up-Tabelle zur Ansteuerung des Schrittmotors der Dosiervorrichtung
aus 1; und
-
3 den
Zusammenhang zwischen der Betriebsfrequenz des Schrittmotors der
Dosiervorrichtung aus 1 und der tatsächlich zudosierten
Pudermenge.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet.
Die Dosiervorrichtung 1 ist als ein Walzendosierer ausgebildet.
Sie weist einen als Vorratsbehälter 2 dienenden
Trichter auf, in dem Puder 3 bevorratet ist. Der Vorratsbehälter 2 mündet in
eine Einlassöffnung 4 an
der Oberseite eines Gehäuses 5 der
Dosiervorrichtung 1. In dem Gehäuse 5 ist ein als
Dosierwalze 6 ausgebildetes Dosierorgan angeordnet. Die
Dosierwalze 6 ist um eine horizontale Achse 7 drehbar
gelagert. Sie weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und
befindet sich nahezu spielfrei in einer entsprechenden Bohrung in
dem Gehäuse 5.
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Der
in dem Vorratsbehälter 2 bevorratete
Puder 3 kann über
die Einlassöffnung 4 in
das Gehäuse 5 eintreten.
Die Einlassöffnung 4 mündet direkt
auf die Oberfläche 9 der
Dosierwalze 6. Die Oberfläche 8 ist in Umfangsrichtung
mit einer Vielzahl von Rillen 9 versehen, die sich beidseits
der Dosierwalze 6 über
die Einlassöffnung 4 hinaus
erstrecken. In diesem Bereich gelangt kein Puder mehr in die Rillen 9,
so dass die Rillen 9 dort also Labyrinth-Dichtung wirken. Über die
Rillen 9, die mit Puder angefüllt werden, wird der Puder
in Richtung einer Auslassöffnung 10 transportiert,
die nicht direkt unterhalb der Einlassöffnung 4 liegt, sondern
in Drehrichtung um mehr als 180° versetzt
zu der Einlassöffnung 4 angeordnet
ist. Der Puder verlässt
das Gehäuse 5 durch
die Auslassöffnung 10 und
fällt in
einen Auffangtrichter 11, der unterhalb der Auslassöffnung 10 angeordnet
ist.
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In 1 ist
erkennbar, dass die Dosierwalze 6 fliegend gelagert ist,
wobei an der einen Seite eines Haltebockes 12 ein Schrittmotor 13 zum
Antrieb der Dosierwalze 6 und auf der anderen Seite des
Haltebockes 12 das Gehäuse 5 mit
der Dosierwalze 6, die auf die Welle 14 des Schrittmotors 13 aufgestreckt
ist, angeordnet ist. Der Haltebock 12 ist über Bolzen 15 und
Gummipuffer 16 an einem Gestell 17 befestigt.
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Der
von der Dosierwalze 6 geförderte Puder fällt, wie
bereits erwähnt,
in den Auffangtrichter 11, der seinerseits in eine Injektorvorrichtung 18 ausmündet. Die
Injektorvorrichtung 18 besitzt einen Anschluss 19, über den
Luft in Richtung eines Pfeiles 20 eingeblasen wird. Diese
Luft tritt über
eine Düse 21 in
einen Mischkanal 22 ein. Dabei entsteht an dem Trichterhals 23 ein
Unterdruck, über
den der Puder aus dem Auffangtrichter 11 angesaugt und
in Richtung des Mischkanals 22 transportiert wird. In dem
Mischkanal 22 wird der Puder mit dem Luftstrom vermischt
und in Richtung eines Pfeiles 24 in eine geeignete Verteilanlage
(nicht dargestellt) mit mehreren Düsen weitertransportiert. Der
Puder wird durch die Düsen
der Verteilanlage auf ein bahn- oder blattförmiges Produkt, insbesondere
auf einen in einer Druckmaschine ein- oder beidseitig bedruckten
Papierbogen, aufgebracht.
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Die
Dosierung des Puders erfolgt über
den Schrittmotor 13, insbesondere über dessen Drehzahl, d.h. über die
Anzahl der Schritte. Eine Umdrehung des Schrittmotors 13 ist
in 400 Schritte unterteilt. Die zu dosierende Pudermenge m ist abhängig von
der pro Zeiteinheit auf den Papierbogen aufzubringenden Pudermenge (m
(t) in der Einheit Gramm/Sekunde), von der Länge (1 in der Einheit Meter)
und der Breite (b in der Einheit Meter) des Papierbogens und von
der Geschwindigkeit (V in der Einheit Meter/Sekunde) des Papierbogens relativ
zu den Düsen
der Verteilanlage.
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Eine
bestimmte maximale entweder pro Flächeneinheit oder pro Zeiteinheit
auf einen Papierbogen aufzutragende Pudermenge wird als 100% Pudermenge
m definiert. In einer Look-up-Tabelle (vgl. 2) wird die
Anzahl N_tab der Schritte des Schrittmotors 13 für Papierbogen
einer vorgegebenen maximalen Länge l_ax
in Abhängigkeit
von Breite b des Papierbogens und von einer gewünschten Pudermenge m in Prozent abgelegt.
Die Breite b der Papierbogen wird durch die Anzahl n der vorzugsweise
nebeneinander angeordneten geöffneten
Düsen der
Verteilanlage berücksichtigt.
In der Look-up-Tabelle in 2 ist die
Anzahl N_tab der Schritte für
4, 6 und 8 geöffnete
Düsen angegeben.
Die maximale Länge
l_max der Papierbogen ergibt sich aus dem Abstand zweier Greifer
zum Greifen aufeinanderfolgender Papierbogen.
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Die
Anzahl N_tab der für
Papierbogen der maximalen Länge
1 max angegebenen Schritte des Schrittmotors 13 können an
die tatsächliche
Länge 1
eines Papierbogens anhand der nachfolgenden Gleichung angepasst
werden: N = int{ N_tab·(l/l max)} + 1
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Der
zeitliche Abstand t zwischen den einzelnen Schritten des Schrittmotors 13 ist
abhängig
von der Geschwindigkeit V der Papierbogen relativ zu den Düsen der
Verteilanlage. Je schneller die Papierbogen unter der Verteilanlage
hindurchbewegt werden, desto kürzer
ist die Zeit, innerhalb der die gewünschte Pudermenge m gefördert, bzw.
innerhalb der die ermittelte Anzahl N der Schritte ausgeführt werden
muss. Die Betriebsfrequenz des Schrittmotors 13 ist der
Kehrwert des zeitlichen Abstands t der Schritte. Der zeitliche Abstand
t den Schritten wird aus der nachfolgenden Gleichung ermittelt: t = l/(V·N)
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Die
Ansteuerung des Schrittmotors 13 wird von einer Steuereinheit 25 ausgeführt, die
aus der Look-up-Tabelle in Abhängigkeit
von der gewünschten
Pudermenge m und von der Breite b des Papierbogens bzw. von der
Anzahl n der geöffneten
Düsen die
entsprechende Anzahl N_tab der Schritte des Schrittmotors 13 entnimmt,
die Anzahl N_tab gemäß der Look-up-Tabelle in eine tatsächliche
Anzahl N gemäß der Länge 1 des
Papierbogens umrechnet, aus der tatsächlichen Anzahl N der Schritte
und aus der Geschwindigkeit V der Papierbogen den zeitlichen Abstand
t der einzelnen Schritte ermittelt und den Schrittmotor 13 entsprechend ansteuert.
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Während des
Betriebs der Dosiervorrichtung 1 kann es in Abhängigkeit
von der zu dosierenden Pudermenge m, von den Abmessungen des zu
bepudernden Papierbogens und von der Geschwindigkeit V des Papierbogens
zu unterschiedlichen zeitlichen Abständen t zwischen den einzelnen
Schritten des Schrittmotors 13, d.h. zu unterschiedlichen
Betriebsfrequenzen f, kommen. Rein theoretisch besteht ein proportionaler Zusammenhang
zwischen der vorgegebenen Pudermenge in Prozent und der tatsächlich zudosierten
Pudermenge m bzw. zwischen der Betriebsfrequenz f und der tatsächlich zudosierten
Pudermenge m. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass der Zusammenhang
zwischen der Betriebsfrequenz f und der zudosierten Pudermenge m
weder proportional noch stetig ist. Vielmehr kommt es in bestimmten
Betriebszuständen
der Dosiervorrichtung 1 trotz einer Zunahme der Betriebsfrequenz
f unerwarteterweise zu einer Abnahme der zudosierten Pudermenge
m (vgl. Verlauf der mit durchgezogener Linie gezeichneten Funktion
in 3).
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Um
sicherzustellen, dass auch in diesen Betriebszuständen eine
ausreichend große,
d.h. zumindest die vorgegebene Pudermenge tatsächlich zudosiert wird, wird
die gesamte Proportionalitätsgerade,
die den theoretisch proportionalen Zusammenhang zwischen der Betriebsfrequenz
f und der zudosierten Pudermenge m widergibt, hin zu größeren Pudermengen
m angehoben. Das bedeutet jedoch, dass in den Betriebszuständen der
Dosiervorrichtung 1, in denen der proportionale Zusammenhang
zwischen der Betriebsfrequenz f und der zudosierten Pudermenge m
gilt, nunmehr zu viel Puder zudosiert wird. Der überschüssige Puder kann zu einer Verschmutzung
der Dosiervorrichtung 1, der Injektorvorrichtung 18 und
der Verteilanlage, insbesondere der Düsen, führen, was einen zusätzlichen
Reinigungsaufwand bedeutet.
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Wenn
der Schrittmotor 13 die Dosierwalze 6 dreht, führt er Schritt
für Schritt
eine Drehbewegung aus. Wenn der Schrittmotor 13 nach einem
Schritt eine neue Stellung erreicht, schwingt er zunächst um
diese Stellung nach. Die Nachschwingsdauer ist abhängig von
dem Haltedrehmoment des Schrittmotors 13 und von dem Trägheitsmoment
der rotierenden Teile der Dosiervorrichtung 1, d.h. von
dem Rotor des Schrittmotors 13 und von der Dosierwalze 6.
Das Nachschwingen des Schrittmotors 13 stellt so lange
kein Problem dar, wie die zeitlichen Abstände t zwischen den einzelnen
Schritten des Schrittmotors 13 so groß sind, dass die Nachschwingungen
des Schrittmotors 13 in jeder neuen Stellung nahezu abklingen
können,
bevor der nächste
Schritt ausgeführt
wird. Bei höheren
Betriebsfrequenzen f des Schrittmotors 13, d.h. bei kürzeren zeitlichen
Abständen
t zwischen den einzelnen Schritten, wird bereits ein neuer Schritt
ausgeführt,
obwohl der Schrittmotor 13 noch um die vorangegangene Stellung
nachschwingt. Auf diese Weise kann es bei bestimmten Betriebsfrequenzen f
zu einem Aufschaukeln der Schwingungen kommen, was zu starken Vibrationen
der gesamten Dosiervorrichtung 1 führt.
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Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass die Abweichungen von dem proportionalen Zusammenhang
zwischen der Betriebsfrequenz f und der tatsächlich zudosierten Pudermenge
m, bzw. von der vorgegebenen Pudermenge und der zudosierten Pudermenge
m, von den Vibrationen der Dosiervorrichtung 1 verursacht
werden. Diese Vibrationen führen
dazu, dass der Puder aus dem Vorratsbehälter 2 nicht mehr
frei von oben durch die Einlassöffnung 4 auf
die Dosierwalze 6 herunterfallen kann. Vielmehr wird der
Puder durch die Vibrationen von der Einlassöffnung 4 weg, auf
schrägen
Flächen
sogar nach oben, gefördert.
Aufgrund der Vibrationen der Dosiervorrichtung 1 wird also
in bestimmten Betriebszuständen
der Dosiervorrichtung 1 eine geringere Pudermenge m zudosiert
als vorgegeben und als theoretisch berechnet.
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Deshalb
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die Vibrationen der Dosiervorrichtung 1 zu dämpfen. Zur
Dämpfung
der Vibrationen werden die zeitlichen Abstände t aufeinanderfolgender
Schritte des Schrittmotors 13 verkürzt, d.h. der Schrittmotor 13 wird
mit einer höheren
Betriebsfrequenz f betrieben. Der zeitliche Abstand t aufeinanderfolgender
Schritte wird anhand einer Korrekturfunktion, vorzugsweise anhand
einer Korrekturgeraden verkürzt.
Natürlich
kann in derselben Weise die Betriebsfrequenz f des Schrittmotors 13 anhand einer
entsprechenden Korrekturfunktion bzw. Korrekturgeraden angehoben
werden.
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Der
zeitliche Abstand t zwischen den Schritten des Schrittmotors 13 hat
also nicht mehr den anhand der Look-up-Tabelle ermittelten Wert, sondern wird
verkürzt.
Auf diese Wiese wird die Betriebsfrequenz f des Schrittmotors 13 aus
dem Betriebszustand der Dosiervorrichtung 1 herausbewegt,
in dem es zu verstärkten Vibrationen
kommt. Das führt
zu einer Dämpfung
der Vibrationen in diesem Betriebszustand. Zusätzlich wird durch das Anheben
der Betriebsfrequenz f des Schrittmotors 13 erreicht, dass
eine größere Pudermenge
m als vorgegeben bzw. als theoretisch berechnet zudosiert wird.
Dadurch kann die in der Praxis aufgrund der Vibrationen auftretende
Verminderung der tatsächlich
zudosierten Pudermenge m zumindest teilweise kompensiert werden.
-
Vorzugsweise
wird der zeitliche Abstand t aufeinanderfolgender Schritte in den
Betriebszuständen
der Dosiervorrichtung 1 verkürzt, in denen verstärkt Vibrationen
auftreten. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Betriebsfrequenz
f des Schrittmotors 13 der Resonanzfrequenz der Dosiervorrichtung 1 entspricht. Deshalb
werden die Vibrationen der Dosiervorrichtung 1 gedämpft, falls
die Betriebsfrequenz f innerhalb eines Frequenzbereichs liegt, das
von einer Anfangsfrequenz bei 50 Hz unterhalb der Resonanzfrequenz
bis zu einer Endfrequenz bei 100 Hz oberhalb der Resonanzfrequenz
reicht.
-
Zur
Ermittlung der Kompensationsgeraden wird zunächst die tatsächlich zudosierte
Pudermenge m in Abhängigkeit
von der Betreibsfrequenz f des Schrittmotors ermittelt und in einem
Diagramm aufgetragen (vgl. durchgezogene Linie in 3).
Deutlich ist ein Einbruch der Funktion in einem Frequenzbereich
zwischen f_1 (Pudermenge m_1) und f_3 (Pudermenge m_3) zu erkennen,
mit einem Minimum m_2 bei f_2.
-
Als
erstes wird eine sogenannte Zielfunktion Z(f) bestimmt (gestrichelte
Linie in
3). Die Zielfunktion Z(f) stellt
den gewünschten
proportionalen Zusammenhang zwischen der Betriebsfrequenz f und
der Pudermenge m im Bereich von f_1 bis f_3 dar. Die Zielfunktion
Z(f) kann als eine Gerade oder als eine andere Funktion beliebiger
Ordnung, als eine Exponentialoder Logarithmusfunktion ausgebildet
sein. Ist sie als eine Gerade ausgebildet, wird sie anhand der nachfolgenden
Gleichung bestimmt:
-
Anschließend wird
der reale Funktionsverlauf R(f) im Bereich von f_2 bis f_3 mittels
einer Geraden angenähert.
Die Gleichung hierfür
lautet:
-
Nun
wird die Kompensationsfunktion Komp(f) als diejenige Funktion bestimmt,
mit der der reale Funktionsverlauf R(f) an die Zielfunktion Z(f)
angepasst werden kann. Die Gleichung der Kompensationsfunktion Komp(f)
lautet:
f_neu (f) = f + V·K(f). -
Die
Funktion f neu (f) ist die korrigierte Betriebsfrequenz, auf die
die ursprüngliche
Betriebsfrequenz f angehoben werden muss, damit der Verlauf der
realen Funktion R(f) zumindest näherungsweise
dem Verlauf der Zielfunktion Z(f) entspricht. Die Funktion f_neu
(f) wird als Korrekturfunktion bezeichnet. Der Faktor V bewirkt
ein Verschieben der korrigierten Betriebsfrequenz f_neu von f_2
zu f_1, damit die Korrekturfunktion für den gesamten Frequenzbereich
f_1 bis f_3 gilt. Der Faktor V ergibt sich aus der Gleichung: V = f 2 – f
1.
-
Die
Funktion K(f) trägt
der Tatsache Rechnung, dass die reale Funktion R(f) eine bestimmte
Steigung aufweist. Die Korrektur der Betriebsfrequenz f muss an
diese Steigung der realen Funktion R(f) angepasst sein. Die Funktion
K(f) ist eine normierte Gerade im Frequenzbereich von f_1 (K(f_1)
= 1) bis f_3 (K(f_3) = 9) mit einer negativen Steigung. Für die Funktion
K(f) ergibt sich die Gleichung:
-
Nach
dem Einsetzen der Gleichungen für
den Faktor V und die Funktion K(f) ergibt sich für die Korrekturfunktion f neu
(f) somit die nachfolgende Gleichung:
-
Für die Korrekturfunktion
t_neu (t) in der Zeitebene ergibt sich nach entsprechender Umrechnung
der Korrekturfunktion f_neu (f) die nachfolgende Gleichung:
-
Die
Kompensationsfunktion t neu (t) beschreibt eine Parabel, deren Berechnung
für einen
Controller der Steuereinheit 23 einen erheblichen Rechenaufwand
darstellt. Da die Parabel nur eine sehr kleine Krümmung aufweist,
kann ihr Verlauf ohne große
Genauigkeitsverluste durch eine Gerade angenähert werden. Die Gerade verläuft durch
die zwei Punkte (1/f_3; t_neu (1/f_3)) und (1/f_1; t_neu(1/f_1)).
Die Werte t_neu (1/f_3) und t_neu(1/f_1) erhält man durch Einsetzen von
1/f_3 bzw. 1/f_1 als Betriebsfrequenz f in die Korrekturfunktion
t_neu(f).
