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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Separieren von
wenigstens zwei Brücken eines segmentierten Transportsystems
für Bedruckstoffe mit den Merkmalen des Oberbegriffs von
Anspruch 1. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 6.
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In
Maschinen der so genannten grafischen Industrie (Druckvorstufe,
Druckherstellung und Druckweiterverarbeitung) werden Bedruckstoffe,
z. B. Papier-, Karton- oder Folienbogen, gefördert und verarbeitet,
z. B. bedruckt, lackiert oder gestanzt. Das registergerechte Fördern
der Bedruckstoffe in solchen Maschinen, z. B. in Bogendruckmaschinen oder
Bogenstanzen, erfolgt zumeist mittels rotierender Transportzylinder
oder Linearantriebssystemen. Als Linearantriebssysteme kommen z.
B. Kettenförderer aber auch elektrische Linearantriebe,
also Systeme, bei denen ein Läufer bzw. Wagen entlang eines Stators
entsprechend dem dynamoelektrischen Zusammenwirken zwischen dem
Läufer und einem Magnetfeld, das den Stator entlang wandert,
in Frage.
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Elektrische
Linearantriebe für den Bogentransport weisen zum einen
auf jeder Seite der Maschine ein so genanntes Primärteil
(Stator) und zum anderen jeweils einem der beiden Primärteile
zugeordnete so genannte Sekundärteile (Läufer)
auf. Jeweils zwei Läufer sind dabei über eine
Traverse miteinander gekoppelt, wobei die Traverse als Greiferbrücke
für den Bedruckstoff ausgebildet ist. Die
DE 197 48 870 C2 beschreibt
eine Druckmaschine mit einem solchen elektrischen Linearantriebssystem.
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Linearantriebssysteme
sind zumeist segmentiert ausgebildet, d. h. der Transportpfad setzt sich
aus mehreren, aufeinander folgenden Segmenten zusammen. Beim Abschalten
der Maschine kann es zu dem Problem kommen, dass zwei oder mehr Greiferbrücken
in ein und demselben Segment des Linearantriebssystems zu liegen
kommen und dann beim Wiederanfahren der Maschine nicht mehr ohne Weiteres
einzeln geregelt bewegt werden können. Gleiches kann passieren,
wenn ein Notstopp infolge einer Störung erfolgt oder wenn
bei Wartungsarbeiten Greiferbrücken manuell verschoben
werden. Solche kollidierten Greiferbrücken müssen wieder
voneinander getrennt bzw. separiert werden. Ein manuelles Trennen
erfordert jedoch viel Zeit und bietet ohne Weiteres nicht die nötige
Sicherheit der Trennung, d. h. es sind zusätzliche Sichtkontrollen
erforderlich.
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Die
dem Gebiet der grafischen Industrie nicht zuzurechnende
DE 31 45 263 A1 beschreibt
das Separieren von Werkstücken (Stangen), die von zwei segmentierten
Linearantrieben vorwärts bewegt und von Schaltern detektiert
werden. Der Vereinzelungsvorgang geschieht, indem ein Einzelstück
aus dem Bund von Werkstücken durch kurzzeitiges Umschalten
der Wanderfeldrichtung herausgelöst und von einem leeren
Segment übernommen und abtransportiert wird.
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Die
ebenfalls dem Gebiet der grafischen Industrie nicht zuzurechnende
DE OS 22 58 492 beschreibt
ein pneumatisches Steuersystem, bei dem die Geschwindigkeit und
der Abstand von Fahrzeugen zueinander beibehalten wird, wobei eine
Führung in Steuerabschnitte (Stop-, Langsam- und Schellblöcke)
unterteilt und mit Detektoren versehen ist. Die
JP 63-99702 A beschreibt
ein ähnliches System um Kollisionen von Wagen eines Linearantriebs zu
vermeiden.
JP 01-264503
A beschreibt ein System zum Vermeiden von Kollisionen in
vertikalen Transportpfaden bei Stromunterbrechung.
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Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren
zu schaffen, welches das sichere Separieren von wenigstens zwei Brücken
eines segmentierten Transportsystems für Bedruckstoffe
ermöglicht. Es ist darüber hinaus eine weitere
oder alternative Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber
dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zu schaffen, welche
das sichere Separieren von wenigstens zwei Brücken eines
segmentierten Transportsystems für Bedruckstoffe ermöglicht.
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Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren
zum Separieren von wenigstens zwei Brücken eines segmentierten
Transportsystems für Bedruckstoffe mit den Merkmalen von
Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
und den zugehörigen Zeichnungen.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum Separieren von
wenigstens zwei Brücken eines segmentierten Transportsystems
für Bedruckstoffe, wobei
- – das
Transportsystem einen segmentierten, elektrischen Linearantrieb
umfasst,
- – der elektrische Linearantrieb ein erstes und ein zweites
Primärteil umfasst, wobei jedes Primärteil als
segmentierter Langstator ausgebildet ist,
- – der elektrische Linearantrieb mehrere als Wagen ausgebildete
Sekundärteile aufweist, wobei je ein dem ersten Primärteil
zugeordnetes Sekundärteil und ein dem zweiten Primärteil
zugeordnetes Sekundärteil mittels einer Traverse gekoppelt sind
und gemeinsam mit der Traverse eine bewegbare Brücke des
Transportsystems bilden,
zeichnet sich dadurch aus - – dass zwei Brücken, welche
sich in einem selben Segment des Transportsystems befinden, gemeinsam
gesteuert bewegt werden,
- – dass eine erste der beiden Brücken, welche durch
die gemeinsam gesteuerte Bewegung in ein weiteres Segment gelangt,
einzeln geregelt bewegt und dadurch von der anderen zweiten Brücke
separiert wird, so dass sich die beiden Brücken bei der
weiteren Bewegung in verschiedenen Segmenten befinden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
es in vorteilhafter Weise, kollidierte Brücken, d. h. Brücken,
welche sich beim Anfahren der Maschine in ein und demselben Segment
befinden, sicher zu trennen bzw. zu separieren und dann im Regelbetrieb zu
bewegen.
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Eine
hinsichtlich einer verkürzten Separationszeit vorteilhafte
und daher bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass die erste Brücke
während des Separierens beschleunigt und somit schneller
von der zweiten Brücke separiert wird.
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Eine
für das sichere Separieren vorteilhafte und daher bevorzugte
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann sich dadurch auszeichnen, dass die erste Brücke während
des Separierens in ein Segment bewegt wird, in welchem sich keine weitere
Brücke befindet.
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Eine
für das sichere Separieren ebenfalls vorteilhafte und daher
bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass die beiden Brücken
vor dem Separieren ausgerichtet werden, d. h. dass ein Relativabstand
in Bewegungsrichtung zwischen den beiden Wagen einer Brücke
verringert oder eliminiert wird.
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Eine
weitere für das sichere Separieren vorteilhafte und daher
bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann sich dadurch auszeichnen, dass die beiden Brücken
vor dem Separieren gerastet werden, d. h. dass die beiden Wagen
einer Brücke dem Raster der Polpaaranordnung entsprechend
angeordnet werden.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- – mit einem segmentierten Transportsystems für Bedruckstoffe,
wobei
- – das Transportsystem einen segmentierten, elektrischen
Linearantrieb umfasst,
- – der elektrische Linearantrieb ein erstes und ein zweites
Primärteil umfasst, wobei jedes Primärteil als
segmentierter Langstator ausgebildet ist,
- – der elektrische Linearantrieb mehrere als Wagen ausgebildete
Sekundärteile aufweist, wobei je ein dem ersten Primärteil
zugeordnetes Sekundärteil und ein dem zweiten Primärteil
zugeordnetes Sekundärteil mittels einer Traverse koppelt sind
und gemeinsam mit der Traverse eine bewegbare Brücke des
Transportsystem bilden,
zeichnet sich dadurch aus,
dass
eine als Steuer- und Regeleinrichtung zum Steuern und/oder Regeln
der Bewegung der einzelnen Brücken ausgebildete Separiereinrichtung
zum Separieren kollidierter Brücken vorgesehen ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht
es in vorteilhafter Weise, kollidierte Brücken, d. h. Brücken,
welche sich beim Anfahren der Maschine in ein und demselben Segment
befinden, sicher zu trennen bzw. zu separieren und dann im Regelbetrieb zu
bewegen.
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Im
Rahmen der Erfindung ist auch eine Bedruckstoff verarbeitende Maschine – z.
B. eine Druckmaschine, insbesondere Bogen verarbeitende Rotationsdruckmaschine
für den lithographischen Offsetdruck, oder z. B. eine Druckweiterverarbeitungsmaschine
zu sehen, welche sich durch wenigstens eine wie oben mit Bezug zur
Erfindung beschriebene Vorrichtung auszeichnet.
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Die
beschriebene Erfindung und die beschriebenen, vorteilhaften Weiterbildungen
der Erfindung stellen auch in Kombination miteinander vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung dar. Eine vorteilhafte Kombination
stellt z. B. ein Verfahren dar, bei welchem die Brücken
zunächst ausgerichtet, dann gerastet, dann separiert und
anschließend im Normalbetrieb bewegt werden.
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Die
Erfindung als solche sowie konstruktiv und/oder funktionell vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf
die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den
Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben
Bezugszeichen versehen.
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Die
Zeichnungen zeigen:
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1 Eine
schematische Perspektivansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Transportsystems; und
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2 einen
Ablaufplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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VORRICHTUNG
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1 zeigt
eine schematische Perspektivansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Transportsystems 1 für
Bedruckstoffe, z. B. Papier-, Karton- oder Folienbogen, mit einem
segmentierten elektrischen Linearantrieb 2. Der elektrische
Linearantrieb 2 umfasst ein erstes Primärteil 3 (Langstator),
z. B. auf der so genannten Antriebsseite AS der Bedruckstoff verarbeitenden Maschine 4,
und ein zweites Primärteil 5 (Langstator), z.
B. auf der so genannten Bedienseite BS der Maschine 4.
Jedes Primärteil 3, 5 ist aus mehreren, gemeinsam
einen geschlossenen Pfad bildenden (Langstator-)Segmenten 3a, 3b,
etc. bzw. 5a, 5b, etc. aufgebaut. Der geschlossene
Pfad weist dabei sowohl wenigstens einen Geradenabschnitt 6 und
einen Kurvenabschnitt 7 auf.
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Weiterhin
umfasst der elektrische Linearantrieb 2 bewegliche Sekundärteile 8 (Translatoren), welche
als Wagen 8a, 8b, etc. bzw. 9a, 9b,
etc. ausbildet sind. Je zwei Wagen 8a/9a, 8b/9b,
etc., wobei einer dem ersten Primärteil 3 und
der andere dem zweiten Primärteil 5 zugeordnet
ist, sind über eine Traverse 10a, 10b,
etc., insbesondere eine Greiferbrücke für den
Bedruckstoff, gekoppelt und bilden zusammen mit der Traverse 10 eine
so genannte Brückenanordnung 11a, 11b,
etc. (kurz: Brücke). 1 zeigt
zudem die primäre Bewegungsrichtung 12 der Brücken 11 bzw.
der Wagen 8, 9.
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Ein
erfindungsgemäßes Transportsystem 1 kann
bevorzugt innerhalb einer Druckmaschine 4, z. B. einer
Bogen verarbeitenden lithografischen Rotationsdruckmaschine, oder
einer Druckweiterverarbeitungsmaschine 4, z. B. einer Bogenstanze,
angeordnet werden.
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Der
Stator, d. h. jedes Primärteil 3, 5,
wird von aufeinander folgenden Polen 13 (Wickelkernen mit
Wicklungen) gebildet, wobei je zwei aufeinander folgende Pole 13 ein
Polpaar bilden. Als Pollänge wird die (Gesamt-)Länge
in Bewegungsrichtung zweier Pole 13 und zweier Pol-Abstände
bezeichnet. Der Polradwinkel ϑ ist wie folgt definiert:
360° entsprechen der Länge eines Polpaars bzw.
der Polpaarlänge.
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Um
die Brücken 11 individuell nach vorgegebenen Sollpositionen
zu regeln, wird die Position jedes Wagens 8, 9 individuell
erfasst und der Motorstrom bzw. die Vorschubkraft auf jedes Sekundärteil 8, 9 individuell
vorgegeben. Für die Messung der Position existieren diverse
geberlose Verfahren sowie Positionssensoren 14. Um die
Vorschubkraft auf jedes Sekundärteil 8, 9 individuell
vorgeben zu können, ist der Stator elektrisch segmentiert
mit (von einer Steuer- und Regeleinrichtung 15) individuell
ansteuerbaren Statorsegmenten 3, 5, die so ausgelegt
sind, dass im Normalbetrieb zu jedem Zeitpunkt der Regelung alle
Sekundärteile 8, 9 in unterschiedlichen
Statorsegmenten 3, 5 stehen.
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Im
Normalbetrieb befindet sich in jedem Segment 3, 5 höchstens
eine Brücke 11. Beim Abschalten der Maschine 4,
beim Fehlstopp oder beim manuellen Verschieben von Brücken 11,
z. B. während Wartungsarbeiten, kann es jedoch vorkommen,
dass sich zwei oder mehr Brücken 11 ganz oder
teilweise in einem Segment 3, 5 des Linearantriebs 2 befinden. Befinden
sich zwei oder mehr Sekundärteile 8, 9 ganz
oder teilweise im gleichen Segment 3, 5, so bewirkt
der Motorstrom des Segments 3, 5 eine Kraft auf
alle diese Sekundärteile 8, 9, so dass
sich die Sekundärteile 8, 9 und damit
auch die betreffenden Brücken 11 nicht unabhängig
voneinander regeln lassen. Dieser Ausnahmefall wird als elektrische
Kollision bezeichnet. Die elektrisch kollidierenden Brücken 11 können
nicht unabhängig voneinander geregelt angefahren werden.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Separieren elektrisch
kollidierter (ggf. sogar mechanisch kollidierter) Brücken 11,
d. h. mit dem Anfahren solcher Brücken 11 bis
hin zum Normalbetrieb.
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VERFAHREN
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2 zeigt
einen Ablaufplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die einzelnen
Verfahrensschritte werden im Folgenden aufgeführt und erläutert.
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AUSGANGSZUSTAND (Verfahrensschritt 100)
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A) Prinzip
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Das
Verfahren startet mit Verfahrensschritt 100 (Ausgangszustand),
in welchem alle Brücken 11 sich im Stillstand
befinden, z. B. beim Einschalten oder beim Wiederanfahren der Maschine 4 nach
einem Fehlstopp oder Wartungseingriff. Die einzelnen Brücken 11 können
im Ausgangszustand schräg stehen und/oder elektrisch (oder
sogar mechanisch) kollidieren. Des Weiteren sind ihre Positionen
ggf. unbekannt, insbesondere dann, wenn sie manuell verschoben wurden.
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B) Details
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Die
Sollpositionen der Brücken 11 im Regelbetrieb
bzw. Normalbetrieb nach Abschluss einer Übergangsphase
(siehe unten: Ausrichten, Rasten, Separieren) können als
statische Funktionen aus einer virtuellen Leitachse berechnet werden.
Diese aus den statischen Funktionen berechneten Sollpositionen werden
als Referenzpositionen xRef(B, S) bezeichnet, um sie von den aktuellen
Sollpositionen xW(B, S) zu unterscheiden. Die Variable B bezeichnet
bei dieser Notation die Nummer der Brücke 11, die
Variable S die Seite AS oder BS der Brücke 11. Die
Matrizen xRef und xW enthalten somit individuelle Werte für
jeden Wagen 8, 9.
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Im
Ausgangszustand können die Istpositionen x(B, S) der Brücken 11 typischerweise
von den so berechneten Referenzpositionen xRef(B, S) stark abweichen.
Bei Start der Regelung mit den Referenzpositionen xRef(B, S) ergäben
sich dann stoßförmige Anregungen der Brücken 11 mit
entsprechender Belastung der Mechanik. Bei der präferierten
Ausführungsform der Erfindung werden die Sollpositionen xW(B,
S) deshalb ausgehend von den Istpositionen x(B, S) durch sanftere Übergänge
in die durch die statische Funktion gegebenen Referenzpositionen xRef(B,
S) überführt.
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Die
virtuelle Leitachse kann prinzipiell bei einem beliebigen Polrad-Startwinkel
beginnen. Um die Übergangsvorgänge möglichst
kurz zu wählen, wird bei der präferierten Ausführungsform
der Polrad-Startwinkel aus der statischen Umkehrfunktion oder den
statischen Umkehrfunktionen von den Ist-Positionen x(B, S) der Wagen 8, 9 einer
oder mehrerer Brücken 11 berechnet.
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RASTEN (Verfahrensschritt 110)
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A) Prinzip
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In
einem Verfahrensschritt 110 erfolgt das so genannte Rasten.
Dabei wird zunächst mittels Positionssensoren 14 für
die Brücken 11 geprüft, ob und wo, d.
h. in welchen Statorsegmenten 3a, 3b, etc. bzw. 5a, 5b,
etc., elektrische (oder gar mechanische) Kollisionen vorliegen.
Dann werden zumindest die Wagen 8, 9 derjenigen
Brücken 11, welche elektrisch kollidieren, bei
vorgegebenem Polradwinkel ϑ durch Erhöhung des
Motorstroms der betreffenden Statorsegmente 3a, 3b,
etc. bzw. 5a, 5b, etc. auf eine durch die Polpaaranordnung 13 und
-beabstandung des Stators definierte Positionen entlang des Transportpfad 15 bewegt.
Mit anderen Worten: die Wagen 8, 9 befinden sich
dann nicht mehr „Irgendwo” entlang des Transportpfads 15,
sondern exakt auf dem „Raster” des Transportpfads 15.
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B) Details
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Der
Motorstrom entspricht hierbei dem kraftbildenden Strom einer feldorientierten
Regelung, der zu einer dem Motorstrom näherungsweise proportionalen
Kraft auf die Sekundärteile 8,9 führt.
Bei Einsatz eines Dreiphasensynchronmotors wird dieser durch feldorientierte
Regelung und Frequenzumrichter in geeignete Phasenströme
im Statorsegment 3a, 3b, etc. bzw. 5a, 5b,
etc. umgesetzt.
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Im
einfachsten Fall wird der Polradwinkel ϑ beim Rasten bei
allen vom Rasten betroffenen Segmenten gleich und als fester Wert
gewählt. Der vorgegebene Polradwinkel bestimmt die Rastposition nur
innerhalb eines Polpaars 13. Daher kann es unter ungünstigen
Umständen vorkommen, dass die Sekundärteile einer
Brücke 11 beim Rasten zu verschiedenen Positionen
im Abstand von einem Polpaar 13, oder je nach mechanischem
Aufbau evtl. auch mehreren Polpaaren 13 gezogen werden.
Daher wird bei der bevorzugten Ausführungsform beim Rasten
die Relativposition der Sekundärteile einer Brücke 11 in Bewegungsrichtung überwacht,
welche zu den gleichen, vom Rasten betroffenen Brücken 11 gehören.
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Falls
die maximal zulässige Relativposition während
des Rastens bei der Erhöhung des Stroms erreicht wird,
oder falls sich der Abstand der Wagen 8, 9 einer
Brücke 11 beim Rasten stark vergrößert, statt
zu verkleinern, wird das Rasten abgebrochen.
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Da
sich durch den Rastversuch die Sekundärteile etwas bewegten,
haben sich damit auch die Ausgangsbedingungen geändert.
Die Wahrscheinlichkeit, dass sich bei mehreren Rastversuchen die Sekundärteile
einer Brücke 11 wiederholt auseinander statt zueinander
hin bewegen, ist daher noch deutlich geringer, als sie bei einem
einzigen Versuch ohnehin schon ist. Im einfachsten Fall kann nach
einem erfolglosen Rastversuch daher mit einem erneuten Rastversuch
begonnen werden.
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Um
die Wahrscheinlichkeit für erfolgreiches Rasten zu erhöhen,
kann der Polradwinkel ϑ beim Rasten in einer alternativen
Ausführungsform ggf. individuell für jedes Statorsegment
auch so berechnet werden, dass die Rastposition in der Nähe
der aktuellen Positionen liegt oder dass bei keinem Sekundärteil
die aktuelle Position in der Nähe der Mitte zwischen zwei
Rastpositionen liegt. Falls nicht der gleiche Polradwinkel ϑ für
alle Statorsegmente beim Rasten gewählt wird, ist darauf
zu achten, dass er zumindest für aufeinanderfolgende Segmente
gleich ist, falls sich ein Sekundärteil zum Teil in beiden
Segmenten befindet.
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Durch
das Rasten werden die Wagen 8, 9 der Brücken 11 zunächst
mechanisch getrennt (d. h. mechanische Kollisionen werden beseitigt).
Sie sind dann (von einer Steuer- und Regeleinrichtung 15) kontrolliert
ansteuerbar. Allerdings können immer noch elektrische Kollisionen
vorhanden sein, bei denen die Wagen 8, 9 nicht
einzeln ansteuerbar sind.
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AUSRICHTEN (Verfahrensschritt 120)
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A) Prinzip
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In
einem Verfahrensschritt 120 erfolgt das Ausrichten der
Brücken 11. Dabei wird ein möglicher Relativabstand
(in Bewegungsrichtung) der beiden Wagen 8, 9 einer
jeden Brücke 11 zueinander verringert, bevorzugt
beseitigt. Mit anderen Worten: die Brücken 11 stehen
nicht mehr schräg zu den Primärteilen 3, 5,
sondern senkrecht.
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B) Details
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Da
eine Randbedingung darin besteht, die Relativposition |x(B, AS) – x(B,
BS)| der Wagen 8, 9 einer Brücke 11 zu
begrenzen, werden bei dem Übergang zunächst die
Sollpositionen xW(B, AS) und xW(B, BS) (ggf. bis auf eine geringe
vorgegebene Soll-Relativposition Δ = xRef(B, BS) – xRef(B,
AS)) einander angeglichen. Danach werden die angeglichenen Sollpositionen
xW(B, BS) = xW(B, AS) + Δ in die durch die statischen Funktionen
xRef(B, BS) = xRef(B, AS) + Δ gegebenen Referenzpositionen überführt.
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Wenn
es der mechanische Aufbau des Systems 1 erlaubt, können
die Übergänge der Sollpositionen der Wagen 8, 9 einer
Brücke 11 aber auch ohne vorheriges Angleichen
direkt von den Istpositionen x(B, S) auf die Referenzpositionen
xRef(B, S) erfolgen.
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SEPARIEREN (Verfahrensschritt 130)
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A) Prinzip
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In
einem Verfahrensschritt 130 erfolgt das Separieren elektrisch
kollidierender Brücken 11 bzw. der zugehörigen
Wagen 8, 9. Hierzu werden zwei Brücken 11 (eine
erste und eine zweite Brücke), welche sich in einem selben
Segment des Transportsystems 1 befinden, gemeinsam gesteuert
vorwärts (alternativ: rückwärts) bewegt.
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Beide
Brücken 11 setzen sich somit in Bewegung und die
in Bewegungsrichtung vordere (alternativ: hintere) erste Brücke 11 erreicht
aufgrund dieser gemeinsam gesteuerten Bewegung ein weiteres Segment
des Transportsystems 1, in welchem sich zu diesem Zeitpunkt
keine weitere Brücke 11 befindet.
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Dann
wird die erste Brücke 11 nicht mehr gemeinsam
mit der zweiten Brücke 11 gesteuert, sondern einzeln
geregelt bewegt, insbesondere beschleunigt, und dadurch von der
anderen zweiten Brücke 11 separiert, so dass sich
die beiden Brücken 11 bei der weiteren Bewegung
stets in verschiedenen Segmenten befinden.
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Die
zweite Brücke 11 wird – sofern sich keine weiteren
Brücken 11 im selben Segment befinden – nun
ebenfalls einzeln geregelt bewegt, oder – sofern sich noch
eine oder mehrere Brücken 11 im selben Segment
befinden – mit diesen gemeinsam gesteuert weiter bewegt,
bis sie (wie zuvor die erste Brücke 11) ein weiteres
Segment erreicht, in dem sich keine weiteren Brücken 11 befinden
und dann erst einzeln geregelt bewegt und somit ebenfalls separiert.
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Folglich
kann eine Folge von elektrisch kollidierenden Brücken 11 sukzessive
separiert werden, indem jeweils die vorderste (alternativ: hinterste)
Brücke 11 durch „Abtrennen” von
der Folge, d. h. durch einzeln geregeltes Bewegen anstelle von gemeinsam
gesteuertem Bewegen, in den Regelbetrieb wechselt. Sobald alle Brücken 11 aller
Folgen von elektrisch kollidierenden Brücken 11 separiert
wurden, kann das Transportsystem 1 geregelt in den Betrieb
bzw. Normalbetrieb überführt werden.
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B) Details
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Während
der Übergangsphase werden in der präferierten
Ausfürungsform nur nichtnegative Geschwindigkeiten dxW(B,
S)/dt ≥ 0 bei den tatsächlichen Sollwerten xW(B,
S) und dem Wanderfeld der Synchronbetriebs zugelassen, so dass sich
die Brücken 11 nicht rückwärts
bewegen und der hintere Wagen 8 oder 9 einer Brücke 11 (ggf.
bis auf eine vorgegebene Soll-Relativposition Δ) zunächst
zum vorderen Wagen 9 bzw. 8 aufholt. Wenn die
von den statischen Funktionen berechnete Referenzposition xRef(B,
S) hinter der Istposition x(B, S) liegt, verharrt die tatsächliche
Sollposition xW(B, S) bei der präferierten Ausführungsform
auf der Istposition x(B, S), die dieser Wagen 8, 9 beim
Beginn der Regelung hatte.
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Ebenso
gut könnten bei der Separation aber auch nur negative Geschwindigkeiten
zugelassen werden, so dass alle Brücken 11 nur
rückwärts fahren. Auch könnte man die
Einschränkung der Fahrtrichtung nur auf die Segmente beschränken,
in denen elektrische Kollisionen auftreten oder durch Herausfahren
von Sekundärteilen nach hinten aus einem Statorsegment
entstehen würden.
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In
den Statorsegmenten, in denen eine elektrische Kollision auftritt
und ggf. auch in den entsprechenden Statorsegmenten der anderen
Seite, wird nach dem Rasten ein hinreichend hoher Motorstrom vorgegeben
und der Polradwinkel ϑ derart erhöht, dass sich
die Sekundärteile vorwärts bewegen. Dies entspricht
einem Synchronbetrieb in diesen Segmenten, durch den sich die Sekundärteile
gesteuert vorwärts bewegen. Wie oben bereits erwähnt,
wäre ebenso auch eine Rückwärtsfahrt
zum Separieren mit Verkleinerung des Polradwinkels ϑ möglich.
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Falls
die Polradwinkel ϑ beider Seiten beim Rasten unterschiedlich
vorgegeben wurden, weil dies gemäß der alternativen
Ausführungsform zu Rastpositionen führt, die näher
an den anfäglichen Istpositionen liegen, werden bei unterdrückter
Rückwärtsfahrt nun die zu weiter hinten liegenden
Positionen gehörenden Polradwinkel ϑ in die der
anderen Seite überführt. Da durch den Brücken-Aufbau
die Positionen beider Seiten nur gering differieren können,
kann der Winkelübergang langsam erfolgen ohne lange zu
dauern.
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Falls
bei der Erhöhung des Polradwinkels ϑ im Synchronbetrieb
die resultierende Beschleunigung der Sekundärteile zu groß wird,
kann die Kippkraft des Linear-Synchronantriebs überschritten
werden und der Motor außer Tritt geraten. Um dies zu vermeiden,
erfolgen bei der bevorzugten Ausführungsform Änderungen
der Polradwinkel ϑ beschleunigungsbegrenzt (der Betrag
der maximalen Beschleunigung der Sekundärteile wird begrenzt)
und evtl. ruckbegrenzt (der Betrag der zeitlichen Änderung
der Beschleunigung der Sekundärteile wird begrenzt).
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Je
höher der Motorstrom im Synchronbetrieb gewählt
wird, desto höher ist auch die Kippkraft und damit die
zulässige Maximalbeschleunigung. Sobald die Sekundärteile
einer Brücke 11 im Synchronbetrieb aus einem Statorsegment
mit elektrischer Kollision in ein nachfolgendes freies Statorsegment
eingefahren sind, können sie einzeln geregelt werden. Sie
können dann einem berechneten Sollwert xW(B, S) folgen,
der einen Übergang zwischen der Ist-Position x(B, S) und
dem gemäß statischer Funktion aus der Leitachse
berechneten Referenzwert xRef(B, S) beschreibt. Sobald das vorletzte
Sekundärteil aus einem Statorsegment mit elektrischer Kollision
ausgefahren ist, ist dieses Segment frei von elektrischen Kollisionen
und das letzte Sekundärteil kann ebenfalls einzeln geregelt
werden und einem Sollwert xW(B, S) folgen.
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Durch
das beschriebene Rasten mit anschließendem Synchronbetrieb
werden elektrische Kollisionen aufgelöst. Allerdings besteht
damit immer noch die Gefahr, dass neue elektrische Kollisionen entstehen,
indem Sekundärteile in Statorsegmente einfahren, in denen
sich bereits andere Sekundärteile befinden. In der bevorzugten
Ausführungsform des Verfahrens wird das Entstehen neuer
elektrischer Kollisionen zuverlässig vermieden, indem ein
Sekundärteil am Ende eines Statorsegmentes, d. h. vor der beginnenden
Einfahrt in das nachfolgende Segment anhält, wenn sich
im nachfolgenden Segment bereits mindestens ein Sekundärteil
befindet. In der präferierten Ausführungsform
hält ein Wagen 8, 9 außerdem
auch dann an, wenn ein Mindestabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug
unterschritten wird.
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Wenn
sich im übernächsten Segment mindestens ein Wagen 8, 9 befindet
kann bei ausreichend großer Wahl des Mindestabstands damit
auch die Einfahrt in ein sehr kurzes Statorsegment vermieden werden,
das kürzer ist als der Anhalteweg. In Segmenten mit Synchronbetrieb
erfolgt das Anhalten durch beschleunigungs- und ggf. rockbegrenzte
Reduktion der Synchronfrequenz bis zum Stillstand. In Segmenten
ohne elektrische Kollision durch entsprechende geeignete Vorgabe
der Sollposition xW(B, S) des Sekundärteils, das dadurch
den Übergang zum als statische Funktion berechneten Referenzwert xRef(B,
S) unterbricht.
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Das
Anhalten muss dabei so rechtzeitig eingeleitet werden, dass der
Anhalteweg zuverlässig vor Einfahrt in das nachfolgende
Segment endet. Unter Berücksichtigung des maximal erlaubten
Beschleunigungsbetrags und des maximal erlaubten Ruckbetrags ergibt
sich dadurch die maximal erlaubte Geschwindigkeit für den
Sollwertübergang im geregelten Betrieb während
der Übergangsphase, unter Berücksichtigung des
Motorstroms beim Synchronbetrieb und der daraus resultierenden Kippkraft
auch die maximal erlaubte Synchronfrequenz in den Segmenten mit
elektrischer Kollision.
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Da
in Statorsegmenten mit Synchronbetrieb die Sekundärteile
sehr dicht aufeinander folgen können, kann, wenn ein Sekundärteil
vollständig aus dem Segment ausgefahren ist, das nachfolgende
Sekundärteil sich bereits sehr dicht vor dem nachfolgenden
Statorsegment befinden, so dass nur ein sehr geringer Anhalteweg
verfügbar wäre. Um den Anhalteweg einzuhalten,
dürfte die Geschwindigkeit beim Synchronbetrieb nur sehr
gering gewählt werden, so dass die Separation nur sehr
langsam erfolgen könnte.
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Um
den verfügbaren Anhalteweg zu erhöhen, sieht das
bevorzugte Verfahren vor, dass die aus dem Statorsegment mit Synchronbetrieb
ausfahrenden Sekundärteile bereits über den Motorstrom des
nachfolgenden Segments geregelt werden, wenn sie sich erst zu einem
Teil darin befinden, z. B. zu mindestens 50%. Die bereits geregelten
Sekundärteile erfahren dann über ihren Anteil,
der sich noch im Bereich des Segments mit Synchronbetrieb befindet,
eine Kraft, die als Störgröße interpretiert werden
kann, welcher die Regelung entgegenwirkt. Der Verlauf dieser Störgröße
kann auch aus Motorkonstante (Proportionalitätsfaktor zwischen Kraft
und Strom), Polradwinkel ϑ, Wagenposition und Motorstrom
berechnet und im Sinne einer Störgrößenaufschaltung über
den Motorstrom des Segments ohne elektrische Kollision vorgesteuert
werden.
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Um
eine wechselseitige Blockade und inkonsistente Magnetfelder bei
der Fahrt eines Wagens 8, 9 von einem Statorsegment
mit Synchronbetrieb in das folgende Statorsegment mit Synchronbetrieb
zu vermeiden, unterbleibt bei der bevorzugten Ausführungsform
das Anhalten in einem Segment mit elektrischer Kollision, wenn im
folgenden Segment ebenfalls eine elektrische Kollisionen auftritt.
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Sobald
alle Soll-Positionen xW(B, S) in die durch die statischen Funktionen
der virtuellen Leitachse gegebenen Referenzpositionen xRef(B, S) überführt
wurden, ist die Übergangsphase abgeschlossen und der Normalbetrieb
bzw. Regelbetrieb 140 kann beginnen. Nach einem Stillstand
der Maschine 4 o. ä. kann das erfindungsgemäße
Verfahren wieder bei Verfahrensschritt 100 beginnen (Kreisprozess 150).
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KOLLISIONSSCHUTZ
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Während
des Übergangs bis zum Erreichen des Normalbetriebs mit
xW(B, S) = xRef(B, S) weichen die Sollwerte xW(B, S) von den aus
der virtuellen Leitachse über statische Funktionen berechneten Referenzwerten
xRef(B, S) ab. In Bereichen von Verarbeitungsstationen oder allgemein
Bereichen, in denen Maschinenteile zu bestimmten Winkeln der virtuellen
Leitachse in den Fahrweg ragen, kann wegen der fehlenden Kopplung
zwischen virtueller Leitachse und Sollwert xW(B, S) dann die Gefahr
von Kollisionen bestehen zwischen den Brücken 11 und
den in den Fahrweg reichenden Maschinenteilen. In der präferierten
Ausführungsform des Verfahrens werden Bearbeitungswerkzeuge
in den Stationen oder andere Maschinenteile deshalb vor dem Anfahren und
während der Übergangsphase bis zum Erreichen des
Normalbetriebs in eine Position gefahren, in der eine Kollision
mit den linear angetriebenen Teilen der Maschine 4 ausgeschlossen
ist.
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PARKEN
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Im
stromlosen Zustand können bedingt durch die Schwerkraft
die Brücken 11 auf Bereichen mit vertikaler Richtungskomponente
(z. B. im Kurvenbereich 7) nach unten rutschen und so einen
unkontrollierten Zustand einnehmen. Beim Abschalten der Maschine 4 könnten
nach unten rutschende Brücken 11 einerseits mit
anderen dort befindlichen Brücken 11 kollidieren
(was durch Stöße die Mechanik beschädigen
könnte) und andererseits zu elektrischen Kollisionen beim
Wiederanfahren der Maschine 4 führen. Um dies
zu vermeiden, sieht das Verfahren vor, vor Abschaltung der Regelung
von Brücken 11, die sich in Bereichen mit vertikaler
Richtungskomponente befinden, die Brücken 11 in
eine Parkposition zu fahren, in der keine elektrische Kollision
auftritt und auch keine vertikale Richtungskomponente. In der präferierten
Ausführungsform des Verfahrens wird dazu zusätzlich
die Einfahrt von Brücken 11 in die jeweils ersten
Statorsegmente 3a, 3b, etc., 5a, 5b,
etc. in Bereichen mit vertikaler Richtungskomponente unterbunden
oder alternativ in davor befindliche Statorsegmente. Auch möglich,
aber aufwendiger ist die individuelle Vorgabe expliziter Haltepositionen.
Wenn es, wie in 1 dargestellt, mehr Wagen 8, 9 als
Segmente 3a, 3b, etc., 5a, 5b,
etc. ohne vertikale Richtungskomponente gibt, sieht das Verfahren
vor, die Wagen 8, 9 im Abstand einer ganzen Anzahl
von Polpaaren 13 geregelt in ein synchron gesteuertes waagrechtes
Segment 3a, 3b, etc., 5a, 5b, etc.
oder auch mehrere Segmente 3a, 3b, etc., 5a, 5b,
etc. einfahren zu lassen, bevor die Segmente 3a, 3b,
etc., 5a, 5b, etc. ausgeschaltet werden.
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ALTERNATIVEN
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Ein
alternatives Verfahren wäre es z. B., die Brücken 11 im
Synchronbetrieb in ein nicht bestromtes Segment 3a, 3b,
etc., 5a, 5b, etc. einfahren zu lassen bzw. hineinzuschieben,
bis alle Brücken 11 mit mechanischem Kontakt hintereinanderstehen.
Danach könnten dann im sehr langsamen Synchronbetrieb die
aufeinanderfolgenden Brücken 11 am Ende dieser
Segmente 3a, 3b, etc., 5a, 5b,
etc. wieder herausgefahren und ab dem folgenden Segment einzeln
geregelt und stark beschleunigt werden. Dieses Verfahren wäre
einfacher als die präferierte Ausführung, jedoch
nicht parallel arbeitend und daher deshalb langsamer. Außerdem
wäre es durch den mechanischen Kontakt aufeinanderfolgender
Wagen 8, 9 unkontrollierter.
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Vorstellbar
wäre alternativ auch eine mechanische Separationsvorrichtungen,
welche die Wagen 8, 9 mechanisch trennt, in dem
sie z. B. im Synchronbetrieb nur den ersten Wagen in einem Segment 3a, 3b,
etc., 5a, 5b, etc. weiterfahren lässt,
die Weiterfahrt weiterer Wagen jedoch durch eine mechanische Barriere
blockiert, bis der erste Wagen aus dem Segment ausgefahren ist.
Dies wäre allerdings aufwendiger als die präferierte
Ausführung, da zusätzlich eine mechanische Trennvorrichtung
erforderlich wäre. Außerdem wäre auch
dieses Verfahren langsamer, da die Wagen 8, 9 erst
zur mechanischen Trennvorrichtung fahren müssten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren könnte auch
in vereinfachter Form bei Langstatorlinearsynchronmotor-Applikationen
ohne Brücken-Anordnung angewendet werden. Das Rasten ist
dann unkritisch und die Angleichung der Wagen 8, 9 beider
Seiten entfällt, aber die Verfahrensschritte Ausgangszustand,
Rasten, Steuern/Regeln des Übergangs von Ist- auf Referenzwert,
Synchronbetrieb und schließlich Vermeidung neuer elektrischer
Kollisionen blieben in ihrer grundsätzlichen Funktion bestehen.
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VORRICHTUNG
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Ein
weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft die Vorrichtung. Bei
der bevorzugten Ausführungsform wird die Länge
der die Sekundärteile tragenden Wagen 8, 9 so
gewählt, dass sie zwischen einem ungeradzahligen und dem
darauf folgenden geradzahligen Vielfachen der Pollänge
des Stators 3, 5 liegt. Diese Bedingung wird sowohl
im Geradenbereich 6 als auch im evtl. vorhandenen Kurvenbereich 7 eingehalten,
was den zulässigen Längenbereich weiter einschränkt.
Als Länge ist hier die mechanisch wirksame Länge
gemeint, welche den Mindestabstand zwischen gleichen Punkten aufeinander
folgender Wagen 8, 9 vorgibt, z. B. den Schwerpunkten
der Sekundärteile 8, 9. Die Länge
ist deshalb in den Kurven 7 meist größer
als im geraden Bereich 6. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
werden auch direkt aufeinander folgende Wagen 8, 9 beim
Rasten getrennt, statt zusammengeschoben, was eine Voraussetzung
für das zuverlässige Erreichen der angestrebten
Rastpositionen ist. Ist die Bedingung nicht erfüllt, können
direkt aufeinander folgende Wagen 8, 9 nach dem
Rasten zusammen geschoben sein, so dass es beim anschließenden
Synchronbetrieb insbesondere beim Übergang vom Geraden- 6 in
den Kurvenbereich 7 zu nicht kontrollierbaren Sprüngen kommen
kann. Ist die Bedingung dagegen erfüllt, werden auch direkt
(d. h. ohne Zwischenräume) aufeinander folgende Wagen 8, 9 durch
das Rasten durch Zwischenräume getrennt.
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Weiterhin
sind bei der bevorzugten Ausführungsform die Sekundärteile 8, 9 und
Statoren 3, 5 beider Seiten spiegelsymmetrisch
aufgebaut und die Polradwinkel ϑ der Statorsegmente 3a, 3b,
etc., 5a, 5b, etc. beider Seiten werden beim Rasten
und Synchronbetrieb gleich vorgegeben. Dadurch wird die Gefahr reduziert,
dass die Wagen 8, 9 einer Brücke 11 aufgrund
unterschiedlicher Bedingungen auf beiden Seiten zu unterschiedlichen
Rastpositionen gezogen werden und das Rasten daher misslingt. Grundsätzlich
ist erfolgreiches Rasten aber auch bei nicht spiegelsymmetrischem
Aufbau beider Seiten möglich. In einer alternativen Ausführungsform
werden die zum Rasten vorgegebenen Polradwinkel ϑ dann
so gewählt, dass sie gleichen Rastpositionen entsprechen.
Wenn z. B. die Statorsegmente 3a, 3b, etc., 5a, 5b etc.
beider Seiten spiegelsymmetrisch aufgebaut sind, die Anordnung der
Pole 13 des Sekundärteils 8, 9 auf
beiden Seiten jedoch umgekehrt ist, so führt ein um 180° unterschiedlicher
Polradwinkel ϑ dann zur gleichen Rastposition auf beiden
Seiten.
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- 1
- Transportsystem
für Bedruckstoffe
- 2
- Linearantrieb(-system)
- 3
- Erstes
Primärteil des Linearantriebs (bzw. dessen Segmente 3a, 3b,
etc.)
- 4
- Maschine,
z. B. Druckmaschine
- 5
- Zweites
Primärteil des Linearantriebs (bzw. dessen Segmente 5a, 5b,
etc.)
- 6
- Geradenabschnitt
des Linearantriebs
- 7
- Kurvenabschnitt
des Linearantriebs
- 8
- Wagen/Sekundärteil
des Linearantriebs (8a, 8b, etc.)
- 9
- Wagen/Sekundärteil
des Linearantriebs (9a, 9b, etc.)
- 10
- Traverse,
z. B. Greiferbrücke (10a, 10b, etc.)
- 11
- Brücke
des Linearantriebs (11a, 11b, etc.)
- 12
- Bewegungsrichtung
- 13
- Pole/Polpaare/Polpaaranordnung
- 14
- Positionssensoren
- 15
- Transportpfad
- 16
- Steuer-
und Regeleinrichtung
- 100
- Ausgangszustand
- 110
- Rasten
- 120
- Ausrichten
- 130
- Separieren
- 140
- Normal-
bzw. Regelbetrieb
- 150
- Kreisprozess
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19748870
C2 [0003]
- - DE 3145263 A1 [0005]
- - DE 2258492 A [0006]
- - JP 63-99702 A [0006]
- - JP 01-264503 A [0006]