-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Füllgrades
von Medienbehältern in Druckmaschinen, wobei die Medienbehälter
zu ihrer Entleerung einen mit Druckluft beaufschlagbaren Luftraum
aufweisen, und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete
Vorrichtung.
-
Zur
dosierbaren Zufuhr von Druckfarben zu den Farbwerken insbesondere
von Offset-Druckmaschinen oder zur Vereinfachung des Farbwechsels werden
vielfach zylindrische Farbkartuschen verwendet, die einen verschiebbaren
Kolben oder einen auspressbaren Farbbeutel enthalten. Eine Farbkartusche
mit Kolben kann nach dem Stand der Technik elektromotorisch mittels
Spindeltrieb ausgepresst werden, wobei die Kolbenposition kontinuierlich
mit einem Drehwinkelgeber am Spindelmotor oder diskret mit Sensoren
am Kartuschenbehälter erfassbar ist, um eine Entleerung
der Farbkartusche anzuzeigen. Es ist ebenso möglich, einen
Ultraschallsensor im Kartuscheninnenraum anzuordnen, der zyklisch die
Distanz zwischen Kartuschenboden und Kolben bestimmt.
-
Aus
der
DE 295 22 134
U1 ,
DE 100
05 875 B4 und
DE
20 2006 003 996 U1 ist es bekannt, Farbkartuschen zur Vereinfachung
des konstruktiven Aufwandes für das Auspressen der Farbe
mit Druckluft zu beaufschlagen. Die Farbkartusche ist dazu üblicherweise
in einem zylindrischen Behälter eingespannt, der einerseits
als Halterung für die Farbkartusche dient und andererseits
als luftdicht abschließbarer Raum ausgebildet ist, in den
Druckluft eingeleitet wird, um den Kolben voranzutreiben. Enthält
die Farbkartusche einen Farbbeutel, besitzt sie einen Druckluftanschluss, über
den der luftdicht verschlossene Kartuscheninnenraum mit Überdruck
beaufschlagbar ist.
-
Die
Nachteile der bekannten Lösungen zur Füllgradbestimmung
von Farbkartuschen, die mittels Druckluft entleert werden, bestehen
darin, dass bei Kolbenkartuschen die Lagebestimmung des Kolbens beispielsweise
unter Verwendung von US-Distanzsensoren im Kartuscheninnenraum mit
Messungenauigkeiten aufgrund der nicht ebenen Kolben behaftet ist
und dass dafür ein druckfester und daher teurer Sensor
erforderlich ist. Für Beutelkartuschen sind keine wirtschaftlich
vorteilhaften Füllgradmesseinrichtungen bekannt.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kostensparende
kontinuierliche Füllgradmessung zu schaffen, die universell
für pneumatisch entleerbare Medienbehälter, insbesondere
für Farbkartuschen, geeignet ist.
-
Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des ersten Anspruchs
oder eine Vorrichtung mit den Merkmalen des fünften Anspruchs
gelöst. Zweckmäßige Verfahrensvarianten
sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.
-
Die
Anwendung des Messverfahrens ist nicht auf Farbkartuschen beschränkt,
sondern für sämtliche pneumatisch entleerbaren
Medienbehälter an Druckmaschinen, insbesondere Offset-Druckmaschinen,
einsetzbar.
-
Mit
dem Verfahren und der Vorrichtung zur Ermittlung des Füllgrades
von Medienbehältern in Druckmaschinen, deren Luftraum zu
ihrer kontinuierlichen Entleerung mit Druckluft beaufschlagbar ist, wird
das zur Verdrängung des Mediums im Medienbehälter
befindliche Luftvolumen oder eine damit eindeutig zusammenhängende
Messgröße während der Druckluft-Befüllung
oder Druckentlastung, beispielsweise der Luftvolumenstrom und/oder
die Füll- bzw. Entlastungszeit, von einem Strömungssensor
erfasst und aus der Differenz zum Luftraumvolumen eines entleerten
Medienbehälters der Füllgrad des Medienbehälters
ermittelt.
-
Die
Erfindung hat den Vorteil, dass das Messsystem unabhängig
von der konkreten Ausführung des Medienbehälters
oder der pneumatischen Entleerungsvorrichtung universell einsetzbar
ist, der Sensor nicht druckdicht in den Behälterinnenraum eingebaut
werden muss, im Fehlerfall leicht ausgetauscht werden kann und keine
Justage des Messsystems erforderlich ist. Darüber hinaus
wird Druckluft multivalent als Auspresshilfe und gleichzeitig als Messmedium
genutzt.
-
Im
Folgenden soll die Erfindung am Beispiel der pneumatischen Entleerung
einer Farbkartusche erläutert werden. Die dazugehörige
einzige Zeichnung stellt dabei in
-
1 eine
Messvorrichtung mit einem Strömungssensor schematisch dar.
-
Wie
aus der 1 ersichtlich, ist die erfindungsgemäße
Messvorrichtung einer pneumatisch entleerbaren Farbkartusche 6 zugeordnet.
Die Farbkartusche 6 weist im Ausführungsbeispiel
einen axial beweglichen Kolben 7 auf, der den Farbraum 9 vom Luftraum
trennt. Anstelle des Kolbens 7 kann ebenso ein flexibler,
mit Druckfarbe gefüllter Kunststoffbeutel den Farbraum 9 vom
Luftraum trennen. Die aus der Farbkartusche 6 nach Beaufschlagung
des Luftraumes mit Druckluft an der Farbaustrittsöffnung 8 austretende
Farbe wird einem (nicht dargestellten) Offset- Farbwerk einer Druckmaschine
zugeführt.
-
Die
Füllgrad- Messvorrichtung umfasst einen Strömungssensor 5,
der in der Druckluftzuführung oder im Druckluftauslass
der Farbkartusche 6 angeordnet ist. In der Druckluftzuführung
und im Druckluftauslass ist jeweils zumindest ein Magnetventil 3, 4 angeordnet,
das von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) 2,
die in die Maschinensteuerung der Druckmaschine eingebunden ist,
betätigt wird. Die SPS 2 weist dazu zumindest
einen analogen oder Schalt-Eingang für das Messsignal des Strömungssensors 5 und
zwei Schaltausgänge für die Magnetventile 3, 4 auf.
-
Der
Strömungssensor 5 kann als Volumenstrommesser
oder Luftmengenmesser mit Analogausgang oder als Strömungswächter
zur Erfassung des Strömungsabbruches mit Schaltausgang
ausgebildet sein. Für diese Messaufgabe geeignet sind beispielsweise
Durchflusssensoren für Luftströme bis zu minimal
50 cm3/min.
-
Zur
Einstellung definierter Druckniveaus bei der Druckluftzuführung
und im Luftraum der Farbkartusche 6 ist in der Druckluftzuführung
zur Farbkartusche 6 ein elektrisch betätigbares
Drosselventil 10 dem ersten Magnetventil 3 vorgeordnet.
Das Drosselventil 10 ist mit einem entsprechenden Steuerausgang
der SPS 2 verbunden. Zur exakten Druckregelung steht ein
Drucksensor 11 in der Druckluftzuführung mit einem
Signaleingang der SPS 2 in Verbindung.
-
Die
Druckluftzuführung, der Druckluftauslass, die Magnetventile 3, 4,
das Drosselventil 10 und der Drucksensor 11 bilden
die Druckluftversorgungseinrichtung 1 für die
Farbkartusche 6.
-
Die
SPS 2 oder ein zugeordneter Speicherbereich der Maschinensteuerung
enthält einen Tabellenspeicher für Füllzeiten
oder Druckentlastungszeiten und zugeordnete Füllgrad-Werte
oder entsprechende Korrelationsfunktionen, die einmalig vorher im
Rahmen einer Messreihe bei verschiedenen Fülldrücken
ermittelt wurden.
-
Zur
Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung:
Mit
zyklischen oder kontinuierlichen Messungen der unter definierten
Druckverhältnissen in den Luftraum der Farbkartusche 6 einströmenden
oder unter definierten Druckverhältnissen daraus ausströmenden Luftvolumenströme
und der zugeordneten Füll- oder Druckentlastungszeiten
bzw. nur der Füll- oder Druckentlastungszeiten wird unter
Berücksichtigung der Druckabhängigkeit des Luftvolumens
das aktuelle Luftraumvolumen in der Farbkartusche 6 ermittelt und
aus einer Differenz zum Luftraumvolumen einer entleerten Farbkartusche 6 kann
dann das verbleibende Farbvolumen bestimmt werden. Dafür
sind mehrere Verfahren möglich.
-
In
einem ersten Verfahren mit einem Strömungssensor 5 im
Druckluftauslass erfolgt zunächst durch Öffnung
des Magnetventils 4 eine Druckentlastung des Luftraumes
der Farbkartusche 6 von einem zweiten, am Drosselventil 10 einstellbaren
Druck, der für das Auspressen der Farbe erforderlich ist,
bis auf einen vorgegebenen ersten Druck, der insbesondere dem atmosphärischen
Druck entspricht. Während des Ausströmens der
Druckluft aus der Farbkartusche 6 wird vom Strömungssensor 5 der
abfließende Luftvolumenstrom und mit einem Timer in der
SPS 2, der bei Öffnung des Magnetventils 4 gestartet
wird, die dazu benötigte Druckentlastungszeit gemessen. Ein
dem Volumenstrom proportionales analoges (oder digitales) Ausgangssignal
wird vom Strömungssensor 5 während des
Messzyklus' kontinuierlich an die SPS 2 ausgegeben.
-
Durch
Integration des Luftvolumenstromes über die Druckentlastungszeit
ist das ausgeströmte Luftvolumen in der SPS 2 berechenbar.
Nach einer Umrechnung des Luftvolumens auf den zweiten Druck in
der Farbkartusche 6 ergibt sich aus der Differenz zum Luftraumvolumen
der entleerten Farbkartusche 6 der Füllgrad zum
Zeitpunkt der Messung. Alternativ genügt es, bei bekanntem
zweiten Luftdruck in der Farbkartusche 6 die Zeit für
die Druckentlastung zu bestimmen. Da der Luftvolumenstrom während
der Druckentlastung exponentiell abnimmt und sich asymptotisch Null
nähert, ist die Festlegung eines als Nullpunkt geltenden
Minimalwertes für den Volumenstrom zweckmäßig,
bei dem die Messung beendet wird. Dies kann beispielsweise der kleinstmögliche
durch den Strömungssensor 5 erfassbare Messwert
oder ein anderer definierter minimaler Volumenstrom sein. Das Restluftvolumen,
das nach Beendigung der Messung noch aus dem Luftraum austritt und
bei Vernachlässigung einen höheren Füllgrad
vortäuschen würde, kann bei gleich bleibenden Kartuschentypen
und Druckbedingungen als Pauschalbetrag dem Luftraumvolumen zugerechnet
oder auch durch entsprechend früheren Kartuschenwechsel
berücksichtigt werden.
-
Bei
alleiniger Bestimmung der Druckentlastungszeit wird der durch den
Querschnitt des Strömungssensors 5 vorgegebene
Zusammenhang zwischen Luftvolumen und Ausströmzeit, der
vom Luftdruck in der Farbkartusche 6 abhängig
ist, genutzt. Es genügt in diesem Fall, wenn der Strömungssensor 5 über
einen Schaltausgang verfügt, der bei Strömungsabbruch
(näherungsweise bei Erreichen des eingestellten minimalen
oder des minimalen vom Strömungssensor 5 erfassbaren
Luftvolumenstromes) aktiviert wird, um den Timer in der SPS 2 zu stoppen.
Zur Ermittlung des Füllgrades muss die Korrelation zwischen
Füllgrad und Druckentlastungszeit bei verschiedenen zweiten
und ersten Luftdrücken im Luftraum der Farbkartusche 6 in
Vorversuchen ermittelt werden. Die Wertepaare (Druckentlastungszeit, Füllgrad)
sind als Wertetabellen oder Korrelationsfunktionen in der SPS 2 oder
zugeordneten Speicherbereichen der Maschinensteuerung zu hinterlegen. Die
mit der Timerfunktion der SPS 2 gemessene Druckentlastungszeit
wird mit den im Speicher hinterlegten Druckentlastungszeit-Füllgrad-Tabellenwerten verglichen
und der zugeordnete Füllgrad aus dem Speicher ausgelesen
oder durch Interpolation berechnet und an die Maschinensteuerung
zur Anzeige von Kartuschenwechselaufforderungen ausgegeben. Im Falle
der Hinterlegung einer Druckentlastungszeit-Füllgrad-Korrelationsfunktion
in der SPS 2 kann der Füllgrad direkt aus der
gemessenen Druckentlastungszeit berechnet und ausgegeben werden.
-
Bei
der Bestimmung der Füllgrade sind minimale Restvolumenströme
unterhalb des Messbereiches des Strömungssensors 5 für
die Genauigkeit der Bestimmung der Luftvolumina unerheblich, da die
Messungen zur Bestimmung der Druckentlastungszeit-Füllgrad-Wertetabelle
oder Korrelationsfunktion unter vergleichbaren Bedingungen ablaufen. Nach
dem Messvorgang wird zum weiteren Auspressen der Farbkartusche 6 der
Luftraum durch Schließen des Magnetventils 4 und Öffnen
des Magnetventils 3 erneut mit Druckluft bis zum Erreichen
des vom Regelkreis 11, 2, 10 vorgegebenen
Druckniveaus (zweiter Druck) gefüllt. Die Druckentlastungs-Füll-Zyklen
erfolgen periodisch oder starten nach vorgebbaren Kartuschenentleerungszeiten,
nach denen zu vermuten ist, dass der Füllgrad der Farbkartusche 6 soweit
abgenommen hat, dass ein Austausch bevorsteht.
-
Ein
zweites Verfahren zur Ermittlung des Füllgrades ist mit
einem in der Druckluftzuführung angeordneten Strömungssensor 5 auf
analoge Weise durchführbar, indem zunächst eine
Druckentlastung des Luftraumes der Farbkartusche 6 bis
auf einen vorgebbaren ersten Druck erfolgt und danach eine Befüllung
des Luftraumes mit Druckluft bis zum Erreichen eines vorgebbaren
zweiten Druckes stattfindet. Die weiteren Messungen erfolgen vorzugsweise
mit denselben ersten und zweiten Druckniveaus. Damit sind für
alle Messungen gleiche Randbedingungen geschaffen, die eine ausreichende
Genauigkeit der Füllstandsbestimmung gewährleisten.
-
Während
des Befüllens der Farbkartusche 6 erfolgt eine
Messung des in die Farbkartusche 6 einfließenden
Luftvolumenstromes und der Füllzeit oder nur der Füllzeit.
Der aktuelle Füllgrad ergibt sich aus der Integration des
Luftvolumenstromes über die Füllzeit zur Ermittlung
des eingeströmten Luftvolumens und Berechnung der Differenz
zum Luftraumvolumen des leeren Medienbehälters oder aus
einem in der SPS 2 vorgenommenen Vergleich der Füllzeit mit
gespeicherten Füllzeit-Füllgrad-Wertetabellen oder
-Funktionen, die vorher für unterschiedliche (erste und
zweite) Luftdrücke in der Farbkartusche 6 bestimmt
und gespeichert werden.
-
Ein
drittes Verfahren verzichtet auf gesonderte Druckluftablass- und
Füllzyklen, indem es die mit zunehmender Entleerung des
Farbraumes nachströmende Druckluft erfasst. Vor Beginn
der Entleerung der Farbkartusche 6 erfolgt eine erstmalige
Befüllung des Luftraumes der Farbkartusche 6 mit Druckluft
bis zum Erreichen eines am Drosselventil 10 vorgebbaren
zweiten Druckes, der für die Entleerung der Farbkartusche 6 vorgesehen
ist, wobei die Druckluftzufuhr am Magnetventil 3 geöffnet
bleibt. Durch die fortschreitende Entleerung des Farbraumes verringert
sich der Luftdruck in der Farbkartusche 6, so dass Druckluft
nachströmt, die vom Strömungssensor 5 erfasst
wird. Alternativ genügt die Erfassung und Summierung der
Nachströmzeiten mit Hilfe des Schaltausganges des Strömungssensors 5, der
bei Abfall des Volumenstromes unter den vom Strömungssensor 5 erfassbaren
Minimalwert die Zeitmessung durch den Timer der SPS 2 stoppt.
Die Ermittlung des Füllgrades erfolgt in der bereits beschriebenen
Weise aus dem Luftraumvolumen einer entleerten Farbkartusche 6 und
der Summe der nachgeströmten Luftvolumina bzw. aus einem
Vergleich der Gesamtnachströmzeit mit Nachströmzeit-Füllgrad-Wertetabellen
oder -Funktionen, die vorher für unterschiedliche Luftdrücke
im Medienbehälter (zweite Drücke) bestimmt und
gespeichert wurden.
-
In
Anpassung an unterschiedliche Farbviskositäten und aufzubringenden
Farbmengen sind verschiedene Auspressdrücke (zweite Drücke)
in der Farbkartusche 6 erforderlich, die an der Druckluftversorgungseinrichtung 1 einstellbar
sind. Ebenso sind auch die ersten Drücke für die
Druckentlastung der Farbkartusche 6 einstellbar, wobei
dafür vereinfachend der atmosphärische Druck gewählt
werden kann. Bei Veränderung der zweiten Luftdrücke
während der Entleerung einer Farbkartusche 6 sind
die messtechnisch ermittelten Luftvolumina in bekannter Weise nach
dem Boyle-Mariotte-Gesetz auf die jeweils eingestellten zweiten
Luftdrücke in der Farbkartusche 6 umzurechnen.
-
Die
Kontrolle des Füllgrades einer Farbkartusche 6 erfolgt
regelmäßig, insbesondere in der Endphase der Entleerung,
um durch rechtzeitigen Wechsel einen ununterbrochenen Farbfluss
zu gewährleisten. Dazu laufen die Messungen zur Bestimmung
des Luftvolumens in der Farbkartusche 6 nach den Verfahren
gemäß Anspruch 2 und 3 zweckmäßig
in einstellbaren zeitlichen Zyklen ab, wobei periodisch eine Entlüftung
und anschließende Beaufschlagung mit Druckluft vorgenommen
wird und die Messung des Luftvolumenstromes und der Zeit oder nur
die Zeitmessung bis zum Strömungsabbruch entweder während
des Entlüftens oder während des Befüllens
des Luftraumes in der Farbkartusche 6 erfolgt.
-
Ein
besonderer Vorteil der Messvorrichtung besteht in der Möglichkeit
der Mehrfachnutzung, wobei bei paralleler Entleerung mehrerer Medienbehälter 6 eine
einfache pneumatische Umschaltung zwischen den Druckluftzuführungen
und Druckluftauslässen zur Durchführung der Messzyklen
erfolgen kann, so dass nur ein Messsystem (Strömungssensor 5,
SPS 2) benötigt wird.
-
- 1
- Druckluftversorgungseinrichtung
- 2
- speicherprogrammierbare
Steuerung (SPS)
- 3
- Magnetventil
- 4
- Magnetventil
- 5
- Sensor,
Strömungssensor
- 6
- Medienbehälter,
Farbkartusche
- 7
- Kolben
- 8
- Farbaustrittsöffnung
- 9
- Farbraum
- 10
- Drosselventil
- 11
- Drucksensor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 29522134
U1 [0003]
- - DE 10005875 B4 [0003]
- - DE 202006003996 U1 [0003]