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Die Erfindung betrifft eine Etikettiervorrichtung mit einem über wenigstens einen Schrittmotor angetriebenen Applikator gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Solche Etikettiervorrichtungen sind aus der Praxis bekannt und werden beispielsweise zum automatischen Applizieren von selbstklebenden Etiketten auf Pakete in der Lebensmittel verarbeitenden Industrie oder in der Logistik eingesetzt.
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Ein Verfahren zum Ansteuern eines Schrittmotors ist aus der
DE 199 28 366 C1 bekannt. Dort wird beschrieben, einen Schrittmotor mit Konstantstrom zu beaufschlagen um unerwünschte Resonanzen zu verringen.
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In der
DE 43 39 553 C1 ist eine Treiberschaltung für einen Schrittmotor gezeigt, mit der es möglich ist über einen Stromfühlwiderstand den Gesamtstrom einzustellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Etikettiervorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Etikettiervorrichtung zu schaffen, bei der trotz einer hohen Etikettierleistung der Stromverbrauch möglichst gering gehalten wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Etikettiervorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, sowie durch ein Verfahren nach den Merkmalen gemäß Anspruch 8 gelöst.
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Wenigstens ein einen Applikator zum Applizieren von Etiketten antreibender Schrittmotor der Etikettiervorrichtung wird über ein Steuergerät mit einer festgelegte Stromaufnahme beaufschlagt, wobei der Wert Stromaufnahme aus der erforderlichen Geschwindigkeit und/oder der erforderlichen Beschleunigung des Applikators bestimmt wird.
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Das Steuergerät steuert den wenigstens einen Schrittmotor entsprechend einem geforderten Bewegungsprofil mit entsprechenden Schrittimpulsen an. Die Anzahl der Schrittmotoren kann dabei an die erforderlichen Bewegungsachsen des Applikators angepasst werden. Bei einem eindimensional bewegbaren Applikator genügt ein Schrittmotor. Wenn der Applikator mehrdimensional bewegt werden kann, können dementsprechend mehrere Schrittmotoren angesteuert werden.
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Die Stromaufnahme des Schrittmotors kann gesteuert werden, indem bei konstanter Spannung die Ansteuerung des Schrittmotors durch Pulsweitenmodulation beeinflusst wird, indem das Steuergerät die Breite der einzelnen Pulse entsprechend der Stromaufnahme anpasst. Ebenso kann die Stromaufnahme gesteuert werden, indem über eine Strombegrenzung der maximale Strom eines Pulses begrenzt wird.
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Bei dem Applikator kann es sich um einen linear beweglichen Applikator einer Stempel-Etikettiervorrichtung oder um einen zwei- oder mehrdimensional beweglichen Applikator eines 2D-Etikettierers handeln.
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Die erforderliche Geschwindigkeit oder Beschleunigung bemisst sich insbesondere als Momentangeschwindigkeit oder Momentanbeschleunigung, die sich aus einem erforderlichen Bewegungsprofil des Applikators ergibt. So ein Bewegungsprofil variiert mit dem entsprechenden Etikettiervorgang und hängt neben der absoluten Etikettiergeschwindigkeit von den mechanischen Abmessungen der Etikettiervorrichtung bzw. des zu etikettierenden Paketes ab.
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Je höher die Etikettiergeschwindigkeit ist, desto höher muss die momentane Geschwindigkeit oder Beschleunigung bemessen sein. Eine hohe Geschwindigkeit resultiert in einer hohen Stromaufnahme. Um eine bestimmte maximale Etikettiergeschwindigkeit zu erreichen, muss der Schrittmotor daher mit einer entsprechend hohen Stromaufnahme angesteuert werden. Im Dauerbetrieb führt dies aber zu einem in Summe recht hohen Stromverbrauch, da die maximale Leistung selten abgerufen wird.
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In einer Ausführung ist daher vorgesehen, dass das Steuergerät die erforderliche Geschwindigkeit und/oder die erforderliche Beschleunigung entsprechend dem Verfahrweg des Applikators und der für einen Etikettiervorgang zur Verfügung stehend Zeit bestimmt. Die Zeit wird anhand der vorgegebenen Etikettiergeschwindigkeit bestimmt, indem die Etikettiergeschwindigkeit in Etiketten pro Minute vorgegeben wird und daraus die Zeit pro Etikettiervorgang berechnet wird. Über den Verfahrweg des Applikators kann das Steuergerät dann die erforderliche Geschwindigkeit und/oder die erforderliche Beschleunigung bestimmen.
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Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät die erforderliche Geschwindigkeit und/oder die erforderliche Beschleunigung über einen Beschleunigungssensor misst. Dadurch erhält man Jederzeit die exakten Werte der Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Applikators.
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Über den Beschleunigungssensor kann sowohl die Beschleunigung, als auch der Weg und die Geschwindigkeit des Applikators ermittelt werden. Es kann ein Testlauf oder ein Referenzlauf durchgeführt werden. Bei dem Referenzlauf wird ein Paket mit den gewünschten Abmessungen etikettiert, wobei der Weg des Applikators aufgezeichnet wird. Über die Anzahl von Etiketten pro Minute wird die erforderliche Geschwindigkeit eingestellt.
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Von Vorteil ist, wenn bei dem Testlauf ein Geschwindigkeitsprofil, bestehend aus einem Geschwindigkeitsverlauf über die Zeit, aufgenommen und in einem Speicher als Referenz abgelegt wird. Es können mehrere Referenzen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufgenommen und abgespeichert werden. Damit erhält man eine Datenbasis, aus der das Steuergerät Zwischenwerte von erforderlichen Geschwindigkeiten durch Approximation einzelner gespeicherter Werte bestimmen kann. Damit können dann unterschiedliche Etikettiervorgänge gesteuert werden, ohne dass jedes Mal zuerst ein Referenzlauf gestartet werden muss.
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In einer Ausführung ist vorgesehen, dass das Steuergerät einen Mikroprozessor aufweist, der die Berechnungen durchführt und mehrere Endstufen zum Ansteuern von jeweils einem Schrittmotor aufweist. Dadurch können mit einem Steuergerät mehrere Schrittmotoren angesteuert werden, ohne dass eine aufwändige Datenkommunikation bzw. Synchronisation zwischen verschiedenen Steuergeräten oder Prozessoren stattfinden muss.
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Eine Anwendung der Erfindung ist beispielsweise bei der Etikettierung von Stückgut in der Logistik oder in der Lebensmittel verarbeitenden Industrie vorgesehen.
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Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und der dazugehörenden Beschreibung beschrieben.
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Es zeigen,
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1: Eine erfindungsgemäße Etikettiervorrichtung mit einem mehrdimensionalen Applikator;
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2: Eine perspektivische Ansicht des Applikators;
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3: Ein beispielhaftes Diagramm der Stromaufnahme eines Geschwindigkeitsprofils;
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4: Ein Ausschnitt eines Geschwindigkeitsprofils;
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5: Eine Darstellung des Stromverlaufs eines Bremsvorganges.
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In der 1 ist eine Etikettiervorrichtung 1 dargestellt. Sie dient zum Auszeichnen von Paketen 61, die auf eine Plattform gestellt und dort mit einem Etikett versehen werden. Die Etikettiervorrichtung 1 weist dazu zwei Etikettendrucker 53 und 55 auf, die selbstklebende Etiketten bedrucken und auf einer Spendeeinrichtung 59 bereitstellen. Ein Applikator 9 holt die Etiketten abwechselnd an den Druckern 53 und 55 ab und transportiert das Etikett dann zu dem Paket 61 um es dort auf die Oberfläche zu applizieren.
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Der in 2 näher dargestellte Applikator 9 weist ein Stempel 33 auf, mit dem er die Etiketten aufnehmen und transportieren kann. Der Applikator ist an seiner Oberseite über eine ortsfeste Basis 11 mit der Etikettiervorrichtung 1 verbunden. An der Basis 11 sind drei Gelenkarme 13 mit ihrem ersten Ende jeweils um eine Rotationsachse 15 schwenkbar gelagert. Die zweiten Enden der Gelenkarme 13 sind mit einer Trägerplattform 17 gelenkig verbunden. Die Trägerplattform 17 trägt den Stempel 33, der zur Aufnahme von Etiketten dient.
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Drei an der Basis 11 angeordnete Schrittmotoren 23 sind jeweils über ein Getriebe 25 mit einem oberen Abschnitt 19 der Gelenkarme 13 verbunden. Die Schrittmotoren schwenken jeweils den oberen Abschnitt 19 der Gelenkarme 13, worauf diese sich entsprechend bewegen. Durch die Verbindung des zweiten Endes der Gelenkarme 13 über die Trägerplatte 17 ist es möglich, diese bzw. den Stempel 33 dreidimensional im Raum bzw. im xyz-Koordinatensystem zu bewegen.
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Der Stempel 33 weist ein becherförmiges Gehäuse mit einer bodenseitigen Lochplatte aus. Im Inneren des becherförmigen Gehäuses ist ein Lüfter angeordnet, der mit seinem Luftstrom Etiketten an der Bodenplatte festhält. An der Seite des becherförmigen Gehäuses des Stempels 33 ist ein Beschleunigungssensor 41 angeordnet. Über den Beschleunigungssensor kann die Beschleunigung und damit auch indirekt der Weg und die Geschwindigkeit des Stempels 33 gemessen werden.
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Der Beschleunigungssensor 41 ist mit einem Steuergerät 8 verbunden, welches die Schrittmotoren 23 ansteuert. Dazu weist das Steuergerät 8 einen Mikroprozessor 81 zur Berechnung der Schrittmotoransteuerung und drei Motorendstufen 82 auf, die jeweils über Kabel mit einem der Schrittmotoren 23 verbunden sind.
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Das Steuergerät 8 berechnet die zu einem bestimmten Etikettiervorgang gehörende Bestromung der Schrittmotoren 23 entsprechend der erforderlichen Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung. Ein beispielhaftes Fahrprofil mit dem zugehörigen Stromverlauf für verschiedene Geschwindigkeiten ist in der 3 dargestellt. Auf der Ordinate sind Geschwindigkeit v des Applikators bzw. Bestromung i des Schrittmotors dargestellt. Auf der Abszisse ist der Zeitablauf t dargestellt. Das Geschwindigkeitsprofil setzt sich aus zeitlich aufeinanderfolgenden einzelnen Fahrabschnitten mit jeweils unterschiedlichen Geschwindigkeiten vi und Beschleunigungen ai zusammen. Die dargestellte Geschwindigkeit umfasst dabei alle Richtungen im xyz-Koordinatensystem.
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Normalerweise werden Schrittmotoren im Stand der Technik auf eine Maximallast bzw. Maximalgeschwindigkeit hin ausgelegt und dann mit konstanter Spannung bzw. Strom beaufschlagt. Dadurch wird aber eine relativ hohe Bestromung der Schrittmotoren notwendig, die zu einem erhöhten Stromverbrauch und damit zu einer unerwünschten Erwärmung des Schrittmotors führen kann.
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Das Steuergerät
8 berechnet die Bestromung nun selektiv anhand der Zielgeschwindigkeit nach der Formel:
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Dabei wird der jeweilige Nennstrom ii berechnet, indem der maximale Nennstrom imax mit dem Quotienten aus erforderlicher Geschwindigkeit vi und Beschleunigung ai zu maximaler Geschwindigkeit vmax und Beschleunigung amax multipliziert wird. Der Quotient wird dabei üblicherweise kleiner als 1 sein, da die erforderlicher Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung in der Regel unterhalb der maximalen Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung liegen.
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Jedoch kann, wie in 5 dargestellt, kurzzeitig eine hohe Beschleunigung realisiert werden, indem der Quotient größer 1 gemacht wird um beispielsweise eine hohe Bremswirkung zu erreichen. Dies resultiert in einem hohen erforderlichen Strom ibrems für den Schrittmotor, dessen Stromstärke üben der des maximalen Nennstroms des Schrittmotors 23 liegt. Ein solch hoher Strom ist nur zulässig, wenn dieser nur für eine kurze Zeit anliegt. Das Steuergerät 8 begrenzt daher die Zeitdauer des überhöhten Stromes ibrems um eine Überlastung des Schrittmotors 23 zu verhindern. Es ist vorgesehen, dass dem Steuergerät 8 die Zeitdauer des überhöhten Stromes als einstellbare Zeitspanne vorgegeben wird. Zudem kann das Steuergerät 8 die Zeitdauer aus dem Produkt aus Zeit und Strom selbst berechnen, so dass bei hohem Strom ii die zulässige Zeitdauer kürzer wird. Möglich wird diese kurzzeitige Überlastung dadurch, dass in den darauffolgenden Fahrzyklen der Stromverbrauch erfindungsgemäß reduziert wird und so der Schrittmotor wieder abkühlen kann.
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In der 4 ist eine weitere Verfeinerung der Steuerung dargestellt. Es hat sich gezeigt, dass zum Erhalt der Geschwindigkeit des Applikators 9 vi der Betriebsstrom ii gegenüber den Beschleunigungsphasen verringert werden kann. Dies führt zu einer nochmaligen Verfeinerung der Steuerung mit dem Ergebnis, dass der Stromverbrauch und damit die unerwünschte Erwärmung des Schrittmotors 23 weiter reduziert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19928366 C1 [0003]
- DE 4339553 C1 [0004]
