DE102012023704A1

DE102012023704A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Leimventils

Info

Publication number: DE102012023704A1
Application number: DE201210023704
Authority: DE
Inventors: Ralf Barkmann; Wolfgang Rohwedder; Marc-Daniel Stegen; Martin Wiehe
Original assignee: Focke and Co GmbH and Co KG
Current assignee: Focke and Co GmbH and Co KG
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Leimventils (10), insbesondere eines Leimventils (10) einer Vorrichtung zur Herstellung und/oder Verpackung von Zigaretten oder anderen rauchbaren Gegenständen, bei dem ein Verschlussorgan (18), insbesondere taktweise, mit einem an diesem angeordneten Dauermagneten durch ein von einer stromdurchflossenen Spule (15) erzeugten Magnetfeld aus einer Ausgangsstellung ausgelenkt und nach Abschalten des Magnetfeldes durch Rückstellkräfte in die Ausgangsstellung zurückbewegt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abschalten des Magnetfelds die an der Spule (15) anfallende elektrische Spannung oder der durch die Spule fließende elektrische Strom gemessen und im Hinblick auf einen sich am Ende der Rückbewegung des Verschlussorgans (18) einstellenden, in Folge eines plötzlichen Abbremsvorgangs des Verschlussorgans (18) in der Spule (15) induzierten, für diesen Abbremsvorgang charakteristischen Spannungs- oder Stromimpuls (34..34'') überwacht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum bevorzugt taktweisen Betreiben eines Leimventils, insbesondere eines Leimventils einer Vorrichtung zur Herstellung und/oder Verpackung von Zigaretten oder anderen rauchbaren Gegenständen, bei dem ein Verschlussorgan mit einem an diesem angeordneten Dauermagneten durch ein von einer stromdurchflossenen Spule erzeugten Magnetfeld aus einer Ausgangsstellung ausgelenkt und nach Abschalten des Magnetfeldes durch Rückstellkräfte in die Ausgangsstellung zurückbewegt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.
In der Zigarettenindustrie werden Leimventile bei der Herstellung und/oder der Verpackung von Zigaretten oder anderen rauchbaren Gegenständen eingesetzt. Beispielsweise können mit den Leimventilen einzelne Bereiche von Zuschnitten von Zigarettenpackungen miteinander verklebt werden oder mit separaten bzw. gesonderten Zuschnitten.
Die Ansteuerung der Leimventile ist von besonderer Bedeutung. Ziel ist es in der Regel, über einen bestimmten Produktionszeitraum gleichmäßige Leimtropfenmenge erzeugen zu können. Dies insbesondere auch dann, wenn sich die Leimviskosität aufgrund externer Einflüsse, wie etwa der Temperatur, ändert. Weiterhin ist es wichtig, während der Produktion ggf. auftretende Leimventilfehler möglichst frühzeitig zu erkennen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren und die eingangs genannte Vorrichtung weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum regelmäßig taktweisen Betreiben bzw. Steuern eines Leimventils sieht vor, dass nach dem Abschalten des Magnetfeldes die an der Spule anfallende elektrische Spannung gemessen und im Hinblick auf einen sich am Ende der Rückbewegung des Verschlussorgans einstellenden, charakteristischen Spannungsimpuls überwacht wird. Dieser Impuls wird in der Spule induziert infolge eines plötzlichen Abbremsvorgangs des Dauermagneten bzw. des Verschlussorgans, an dem der Dauermagnet angerordnet ist. Der Impuls ist charakteristisch für den Abbremsvorgang, d. h. der Impuls kann detektiert und dem Abbremsvorgang zugeordnet werden.
Alternativ zur Erfassung eines Spannungsimpulses ist – bei entsprechender messtechnischer Umsetzung – zumindest theoretisch denkbar, den durch die Spule fließenden elektrischen Strom zu messen und einen entsprechend induzierten, charakteristischen Stromimpuls zu detektieren.
Regelmäßig wird es sich bei der Ausgangsstellung des Verschlussorgans, aus der das Verschlussorgan durch das Magnetfeld der Spule ausgelenkt wird, um eine Schließstellung handeln, in der das Verschlussorgan dichtend an dem Ventilsitz des Leimventils anliegt und dabei eine entsprechende Dosieröffnung des Ventils schließt. Bei dem plötzlichen Abbremsvorgang des Verschlussorgans kann es sich dann um das Anschlagen des Verschlussorgans an dem Ventilsitz handeln, wenn es sich zum Abschluss eines Öffnungs- und Schließzyklus wieder in die Ausgangsstellung bzw. die ursprüngliche Schließstellung zurückbewegt.
Zur Öffnung des Leimventils wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Spule bevorzugt mit einem Steuerstrom beaufschlagt, der ein bzw. das Magnetfeld bewirkt, durch das das als beweglicher Spulenkern wirkende, mindestens teilweise innerhalb der Spule befindliche Verschlussorgan im Rahmen einer Öffnungsbewegung aus der Schließstellung ausgelenkt bzw. abgehoben wird. Nach Unterbrechung des Steuerstroms bzw. nach Abschalten desselben bewegt sich das Verschlussorgan aufgrund der Rückstellkräfte im Rahmen einer Schließbewegung zurück in die Schließstellung und schlägt zum Abschluss an dem Ventilsitz an.
Die Rückstellkräfte, die für die Rückbewegung des Verschlussorgans in die Ausgangsstellung sorgen, werden bevorzugt durch zwei sich abstoßende Einzeldauermagnete aufgebracht. Einer der Einzeldauermagnete ist dabei vorzugsweise der oben erwähnte Magnet des Verschlussorgans, der den charakteristischen Spannungs- oder Stromimpuls hervorruft. Der andere Einzeldauermagnet ist gegenüberliegend an einem den Ventilhub bestimmenden Anschlagbolzen des Leimventils befestigt. Jeweils gleiche Pole der Einzelmagneten sind dabei einander zugekehrt, so dass sich insgesamt eine abstoßende, die Rückstellkraft bildende Wirkung zwischen den Einzelmagneten ergibt. Die von der Spule erzeugte Magnetkraft ist dabei so gewählt, dass sie während der Auslenkbewegung des Verschlussorgans die entgegengesetzt wirkende Magnetkraft zwischen den Einzelmagneten übersteigt.
Indem erfindungsgemäß der vorgenannte, plötzliche Abbremsvorgang detektiert werden kann, kann zuverlässig und ohne weitere, kostenintensive Sensoren, wie etwa Beschleunigungssensoren, der Zeitpunkt erfasst werden, zu dem das Verschlussorgan nach Abschluss der Rück- bzw. Schließbewegung an dem Ventilsitz anschlägt, also der Schließzeitpunkt. Liegt dieser Zeitpunkt fest, kann beispielsweise die Öffnungszeit des Ventils pro Takt bzw. pro einzelnem Öffnungs- und Schließzyklus errechnet bzw. bestimmt werden. Denn dies ist die Zeitspanne, die vom Zeitpunkt des Anschaltens des Magnetfelds, das die Öffnungsbewegung des Verschlussorgans bewirkt, bis zum Abschluss der Schließbewegung des Ventils bzw. des Verschlussorgans verstreicht, in der also während des Betriebs Leim aus dem Ventil austreten kann. Der Zeitpunkt des Abschlusses der Schließbewegung wird dabei gerade durch den Zeitpunkt des Auftreten des charakteristischen Impulses repräsentiert.
Der Zeitpunkt des Anschaltens des Magnetfeld kann dabei mit dem Zeitpunkt des Beginns der Auslenkbewegung des Verschlussorgans übereinstimmen. Regelmäßig wird die Auslenkbewegung allerdings einen kurzen Moment später beginnen. Denn häufig wirken die Rückstellkräfte, insbesondere wenn sie durch die beiden Einzelmagnete hervorgerufen werden, im Sinne einer permanenten Schließkraft auch in der Ausgangsstellung auf das Verschlussorgan ein und halten dies in der Schließstellung. Diese permanente Schließkraft muss dann erst durch das durch die Spule erzeugte, entgegensetzt wirkende Magnetfeld bzw. die hieraus resultierende Öffnungskraft überwunden werden, damit die Auslenkbewegung beginnen kann. Das Magnetfeld benötigt allerdings zum Aufbau auf eine Stärke, die die Schließkraft überwinden kann, eine bestimmte (kurze) Zeitspanne nach dem Anschalten desselben.
Um den charakteristischen Impuls zu messen, wird die Spule in weiterer Ausbildung der Erfindung nach dem Abschalten des Magnetfeldes mit einem konstanten Messstrom beaufschlagt, insbesondere einem Messstrom, der im Vergleich zum Steuerstrom eine geringere Stromstärke aufweist. Die Beaufschlagung mit dem Messstrom erfolgt mindestens bis zum Ende der Rückbewegung des Verschlussorgans. Während der Beaufschlagung wird die von diesem Messstrom bewirkte Spannung in der Spule zeitabhängig gemessen. Der plötzliche Abbremsvorgang des Verschlussorgans bzw. des an dem Verschlussorgan angeordneten Magneten am Ende der Rückbewegung löst dann einen bzw. den charakteristischen Impuls aus. Der Zeitpunkt des Auftretens dieses Impulses wird erfasst und entspricht dem Zeitpunkt des plötzlichen Abbremsens des Verschlussorgans.
Steht, wie weiter oben ausgeführt, der jeweilige Ist-Schließzeitpunkt des Ventils fest bzw. hieraus abgleitet die tatsächliche bzw. die Ist-Öffnungszeit des Ventils pro Zyklus, ergeben sich vielfältige Möglichkeiten.
So kann das Leimventil nach Maßgabe der gemessenen bzw. errechneten Öffnungszeit besonders gut gesteuert werden, indem insbesondere die Leimtropfenmenge im Produktionsprozess optimal eingestellt werden kann. Es kann beispielsweise verschleißbedingt und/oder aufgrund einer unerwünschten Verstellung des Ventilhubs zu ungewollten Änderungen der eingestellten Tropfenmenge pro Öffnungs- und Schließzyklus kommen. Solche Änderungen können dann steuerungstechnisch mittels entsprechenden Anpassungen der Öffnungszeit korrigiert werden, nämlich über die Einstellung einer entsprechend kürzeren oder längeren Öffnungszeit. Eine solche Korrektur kann abgebildet werden, indem z. B. der Zeitpunkt verändert wird, zu dem das Magnetfeld der Spule nach der Auslenkung abgeschaltet wird.
Auch können nach Maßgabe der Messung der Ist-Öffnungszeit mehrere parallel angesteuerte Ventile einer Ventilgruppe miteinander synchronisiert werden, sodass jedes Ventil mit derselben, tatsächlichen Öffnungszeit betrieben wird.
Schließlich können die Ventile auf Fehlfunktionen hin überwacht werden, die sich anhand von Abweichungen der gemessenen bzw. errechneten Öffnungszeit von einem oder mehreren Vorgabewerten zeigen.
Alternativ zu der oben beschriebenen Erfassung des Anschlagzeitpunktes des Verschlussorgans am Ventilsitz zum Abschluss des jeweiligen Öffnungs- und Schließzyklus ist beispielsweise auch denkbar, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Abbremsen des Verschlussorgans zu detektieren, das zu Abschluss der Öffnungsbewegung des Verschlussorgans erfolgt. Beispielsweise in der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Verschlussorgan durch das Magnetfeld der Spule zunächst im Rahmen der Öffnungsbewegung in eine der maximalen Auslenkung des Verschlussorgans entsprechende Öffnungsstellung bewegt. Zum Abschluss dieser Öffnungsbewegung wird das Verschlussorgan dabei entweder durch ein Anschlagen an dem Anschlagbolzen des Ventils plötzlich abgebremst und/oder durch die bei kleiner werdendem Abstand zwischen den Einzelmagneten entsprechend größer werdenden Abstoßungskräfte zwischen diesen bzw. die größer werdenden Rückstellkräfte. Es ist möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein solches plötzliches Abbremsen am Ende der Öffnungsbewegung zu detektieren.
Eine Vorrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Merkmal des Anspruches 12 auf. Entsprechend ist mit einer solchen Vorrichtung in der Spule ein geeigneter Strom erzeugbar, der das Magnetfeld zur Bewegung des Verschlussorgans bewirkt. Die Vorrichtung verfügt bevorzugt über eine geeignete Mess- und Steuereinrichtung, mit der nach dem Abschalten des Magnetfelds die an der Spule anfallende elektrische Spannung oder der durch die Spule fließende Strom messbar und im Hinblick auf den sich am Ende der Rückbewegung des Verschlussorgans einstellenden, in Folge des plötzlichen Abbremsvorgangs in der Spule induzierten, für diesen Abbremsvorgang charakteristischen Spannungs- oder Stromimpuls überwachbar ist.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Leimventils im Vertikalschnitt, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann,
2 eine Schaltskizze einer Schaltung als Teil einer Vorrichtung, mit der das Leimventil aus 1 betrieben werden kann,
3 ein Diagramm, in dem über die Zeit der Steuerstrom aufgetragen ist, mit dem die Spule zur Betätigung des Verschlussorgans beaufschlagt wird, sowie die Messspannung, die an der Spule als Antwort auf. einen konstanten Messstrom gemessen wird, wobei zur Visualisierung der Zusammenhänge für ausgewählte Zeitpunkte zusätzlich die Bewegungen des Verschlussorgans dargestellt sind, die dieses entsprechend innerhalb des Ventils vollzieht,
4 ein Diagramm ähnlich der 3 mit der Darstellung der Messspannung sowie des Steuerstroms für zwei unterschiedliche Einzelventile,
5 ein Diagramm, in dem die sich für ein fehlerhaftes Ventil ergebene, über die Zeit t aufgetragene Messspannung U dargestellt ist.
Das in den Zeichnungen gezeigte Leimventil 10 wird bevorzugt zur Übertragung von verhältnismäßig kleinen Leimportionen eingesetzt, beispielsweise auf Faltlappen von Packungen, wie etwa Zigarettenpackungen. Es wird taktweise betrieben und ist dabei auf hohe Taktzahlen ausgelegt. Häufig wird ein solches Leimventil 10 zusammen mit anderen Leimventilen einer Leimventilgruppe bzw. eines sogenannten Leimventilmehrfachkopfes parallel betrieben. An einem solchen Leimventilmehrfachkopf sind mehrere gleichartige Leimventile gemeinsam angeordnet. Dabei werden die Zuschnitte oder Materialbahnen regelmäßig jeweils von sämtlichen Leimventilen der Leimventilgruppe mit Leimportionen versehen.
Das Leimventil 10 umfasst ein Ventilgehäuse 11 sowie ein daran befestigtes Steckergehäuse 12.
Innerhalb des Ventilgehäuses 11, nämlich in einem Ventilgehäuseinnenraum 13, ist ein Elektromagnet 14 angeordnet. Grundsätzlich könnten auch zwei oder mehr Elektromagnete eingesetzt werden.
Der Elektromagnet 14 verfügt über eine Spule 15 mit einzelnen Windungen.
Die Spule 15 ist in der vorliegenden Ausführungsform aufgewickelt auf einem Spulenträger bzw. Spulenkörper 16. Dieser verfügt in diesem Fall im Bereich der Wicklung der Spule 15 über eine zylindrische Oberfläche. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, auf einen solchen Spulenkörper 16 zu verzichten, sodass die Spule in diesem Fall freitragend ausgebildet wäre.
Der Spulenkörper 16 ist Teil einer Ventilkammer 17. Innerhalb der Spule 15, insbesondere innerhalb einer mittigen Öffnung des Spulenkörpers 16 bzw. innerhalb der Ventilkammer 17, ist ein Verschluss- bzw. Dosierorgan 18 des Ventils 10 bewegbar angeordnet, nämlich ein Ventilstößel.
An einem unteren Schaft 19 des Verschlussorgans 18 ist eine Kugel 20 als Verschlussmittel für eine Dosieröffnung bzw. Ventilöffnung 21 des Ventils befestigt. Die Dosieröffnung 21 ist mittig im Bereich eines trichterförmigen Ventilsitzes 32 angeordnet. Die Kugel 20 liegt in Schließstellung des Ventils 10 dichtend an konischen Sitzflächen des Ventilsitzes 32 an, sodass aus der Ventilkammer 17 kein Leim austreten kann.
Über einen Leimanschluss 22 kann dem Leimventil 10 zu dosierender Leim aus einer nicht dargestellten Leimquelle zugeführt werden. Von dem Leimanschluss 22 wird der Leim entlang eines Leimkanals 23 des Leimventils 10 über Anschlusskanäle 23a, 23b in die Ventilkammer 17 geführt.
Das Verschlussorgan 18 wird durch geeignete Beaufschlagung des Elektromagneten 14 mit elektrischem Strom geöffnet, sodass Leim aus der Ventilkammer 17 austreten kann.
Die Spule 15 des Elektromagneten 14 umgibt das Verschlussorgan 18 zumindest abschnittsweise. Das Verschlussorgan 18, insbesondere ein metallisches Kolbenstück 24 desselben, wirkt innerhalb der Spule 15 als Kern des Elektromagneten 14. Bei geeigneter, später noch näher beschriebener Stromzufuhr zu der Spule 15 überträgt diese eine resultierende Magnetkraft auf das Kolbenstück 24, wodurch das Verschlussorgan 18 aus der in 1 gezeigten Ausgangsstellung, nämlich einer Schließstellung, nach oben ausgelenkt wird.
Die Auslenkbewegung entspricht einer Öffnungsbewegung des Verschlussorgans 18. Insgesamt wird das Verschlussorgan 18 hierdurch aus der gezeigten Schließstellung nach oben bewegt, sodass Leim aus der Dosieröffnung 21 austreten kann.
Das Verschlussorgan 18 ist vorzugsweise permanent in der Schließstellung in Schließrichtung, d. h. nach unten, beaufschlagt durch ein Schließmittel bzw. Schließorgan.
Dieses ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als zwei Einzelmagnete umfassender Dauermagnet ausgebildet, der eine permanente Magnetkraft auf das Verschlussorgan 18 im Sinne einer Schließbewegung ausübt. Natürlich können auch andere, geeignete Schließkräfte ausübende Schließmittel verwendet werden, etwa (Rückhol-)Federn oder dergleichen.
Der eine Einzelmagnet des Dauermagneten ist (mittelbar) mit dem Ventilgehäuse 11 verbunden. Vorliegend ist er am Endbereich eines Gewindebolzens 25 angebracht, und zwar im Bereich einer dem Kolbenstück 24 zugekehrten Endfläche in einer geeigneten Ausnehmung. Der andere Einzelmagnet ist gegenüberliegend am Verschlussorgan 18 befestigt, und zwar ebenfalls in einer Ausnehmung. Die beiden Einzelmagnete haben dabei auch bei geöffnetem Leimventil einen (geringen) Abstand voneinander. Der Gewindebolzen 25 bestimmt den Ventilhub und dient somit als Hubbegrenzer. Die axiale bzw. vertikale Position des Gewindebolzens 25 bzw. dessen Abstand zum Verschlussorgan 18 und somit der Ventilhub ist händisch einstellbar, nämlich durch Drehung des Gewindebolzens um seine Längsachse (Pfeilrichtungen des Doppelpfeils in 1), etwa mittels eines geeigneten Einstellwerkzeuges.
Die einander benachbarten Magnete sind so positioniert, dass gleiche Pole einander zugekehrt sind, zum Beispiel die Nordpole. Durch die Dauer-Einzelmagnete wird dadurch permanent eine abstoßende Kraft auf das Verschlussorgan 18 übertragen, sodass dieses in Schließstellung mit einer permanenten Schließkraft beaufschlagt ist. Die durch den Elektromagneten 14 bewirkte Öffnungsbewegung des Verschlussorgans 18 bzw. des Kolbenstücks 24 überwindet dann diese permanente Schließkraft.
Das Steckergehäuse 12 des Ventils 10 verfügt über einen Anschluss bzw. Stecker 26 für die Stromversorgung und Steuerung des Ventils 10. Von dem Stecker 26 führen unter anderem Stromleitungen (Hin- und Rückleitungen) zu der Spule 15 des Elektromagneten 14.
In besonderer Weise wird das Leimventil 10 taktweise betrieben bzw. angesteuert. Dies wird nachstehend näher beschrieben:
Ein Ventiltakt umfasst die Öffnung des Ventils 10 sowie das nachfolgende Schließen desselben. In 2 ist ein Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 27 gezeigt, mit der das Leimventil 10 in der erfindungsgemäßen Weise betrieben werden kann, nämlich eine dem Leimventil 10 zugeordnete Steuer- und Messschaltung. Regelmäßig wird dabei die Vorrichtung zum Betreiben des Leimventils 27 mehrere Leimventile einer Gruppe von grundsätzlich parallel arbeitenden Leimventilen betreiben. Jeden Ventil der Ventilgruppe könnte dann jeweils die in 2 gezeigte Steuer- und Messeinrichtung zugeordnet sein.
Die Vorrichtung 27 zum Betreiben des bzw. der Leimventile 10 bzw. die Mess- und Steuerschaltung der Vorrichtung 27 umfasst eine Spannungsquelle 28, mit der in der in 2 nicht gezeigten Spule 15 ein Steuerstrom I_ST vergleichsweise hoher Stromstärke erzeugt werden kann. Dieser Steuerstrom I_ST sorgt in der oben bereits angedeuteten Weise für die Erzeugung eines im vorliegenden Fall nach oben gerichteten Magnetfelds, durch das das Verschlussorgan 18 innerhalb der Spule 15 unter Freigabe der Dosieröffnung 21 nach oben ausgelenkt wird. Genauer gesagt wird das Verschlussorgan im Rahmen einer Öffnungsbewegung aus der Schließstellung nach oben in Richtung des Gewindebolzens 25 bewegt.
Das Strom-/Zeit-Diagramm 31 (3) zeigt für einen Ventiltakt beispielhaft den zeitabhängigen Verlauf des Steuerstroms I_ST. Zum Zeitpunkt t₁ wird der Steuerstrom eingeschaltet. Das Ventil 10 ist geschlossen bzw. das Verschlussorgan 18 befindet sich in der Schließstellung, so dass die Dosieröffnung 21 verschlossen ist. Anschließend wird die Stromstärke des Steuerstroms bis zu einem Maximalwert I_STmax erhöht. Das Verschlussorgan 18 wird durch das erzeugte Magnetfeld der Spule 15 in Pfeilrichtung (3) unter Überwindung der entgegengesetzt wirkenden Schließkraft der beiden Einzelmagnete bis zu einer maximalen Auslenkung nach oben bewegt, d. h. in Richtung des Bolzens 25. Zum Zeitpunkt t₂ ist die größtmögliche Öffnung des Ventils 10 erreicht bzw. das Verschlussorgan 18 maximal nach oben ausgelenkt. In dieser maximal ausgelenkten Stellung (maximale Öffnungsstellung = Ventilhub) wird es für eine gewisse Zeitdauer gehalten. Der Abstand zwischen Verschlussorgan 18 und Bolzen 25 entspricht in dieser Stellung einem Minimalwert.
Anschließend wird die Stromstärke des Steuerstroms I_ST bis zum Zeitpunkt t₃ auf den Wert 0 reduziert. Entsprechend wird das Magnetfeld in der Spule 15 abgeschaltet, so dass das Verschlussorgan 18 durch die Rückstell- bzw. Schließkräfte der Einzelmagneten in die Schließstellung zurückbewegt wird. Dabei schlägt das Verschlussorgan 18 zum Zeitpunkt t₅ an dem Ventilsitz 32 an.
Dieser Anschlagzeitpunkt t₅ wird erfindungsgemäß in besonderer Weise ermittelt. Zu diesem Zweck umfasst die Steuer- und Messschaltung der Vorrichtung 27 eine Konstantstromquelle 33. Bei geschlossenen Schaltern S1, S2, S3 und geöffneten Schaltern S4, S5, und demnach (erst) zu einem Zeitpunkt t₄, zu dem der Steuerstrom I_ST bzw. das erzeugte Magnetfeld bereits abgeschaltet ist, wird die Spule 15 des Elektromagneten 14 mit einem konstanten Messstrom I_MESS aus der Konstantstromquelle 33 beaufschlagt.
Entsprechend ist an der Spule eine Messspannung U_MESS messbar, vgl. Diagramm 30 der 3.
Wie in 3 des Weiteren zu erkennen ist, wird die Spule 15 vorliegend bereits in der Schließstellung des Verschlussorgans 18, also vor dem Beginn der Öffnungsbewegung des Verschlussorgans 18 bzw. vor dem Einschalten des Steuerstroms I_ST mit dem konstanten Messstrom I_MESS beaufschlagt. In dieser Schließstellung ist an der Spule 15 bereits entsprechend eine konstante Messspannung U_MESS mit dem Wert U₁ messbar. Dies muss aber natürlich nicht so sein. Es wäre zur erfindungsgemäßen Messung des Anschlagszeitpunkts t₅ des Verschlussorgans 18 auch ausreichend, den Messstrom I_MESS erst nach dem Abschalten des Magnetfelds der Spule 15 einzuschalten und beispielsweise unmittelbar nach dem Anschlagszeitpunkts t₅ wieder auszuschalten.
Kurz vor dem nachfolgenden Einschalten des Steuerstroms I_ST, vorliegend zum Zeitpunkt t₀, (oder im Extremfall ggf. gleichzeitig) wird der Messstrom I_MESS unterbrochen. Entsprechend sinkt der Wert der Messspannung U_MESS auf den Wert 0.
Während der gesamtem Zeitdauer der Beaufschlagung der Spule mit dem Steuerstrom I_ST wird kein Messstrom I_MESS aufgegeben bzw. bleibt der Messstrom I_MESS ausgeschaltet. Dementsprechend verbleibt auch die Spannung U_MESS während dieses Zeitraums auf dem Wert 0.
Kurz nach Abschaltung des Steuerstroms I_ST, nämlich zum Zeitpunkt t₄, der demnach später liegt als der Zeitpunkt t₃, wird der Messstrom I_MESS wieder eingeschaltet (Stromstärke wie zuvor/konstant).
Zu diesem Zeitpunkt vollzieht das Verschlussorgan 18 im Rahmen des taktweisen Öffnungs- und Schließzyklus regelmäßig bereits die der Öffnungsbewegung nachfolgende Schließbewegung. Mit anderen Worten befindet sich das Verschlussorgan 18 zu diesem Zeitpunkt in der Regel bereits in der nach unten (Pfeilrichtung) in Richtung des Ventilsitzes 32 gerichteten Schließbewegung.
Aufgrund des Einschalten des Messstroms I_MESS ist an der Spule 15 ein langsamer Anstieg der Spannung U_MESS messbar. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass im zeitabhängigen Kurvenverlauf der Messspannung U_MESS bei Anschlagen des Verschlussorgans 18 an dem Ventilsitz 32 und somit bei einem entsprechend plötzlichen Abbremsen des Verschlussorgans 18 ein charakteristischer Spannungsimpuls 34 auftritt, im vorliegenden Fall ein Peak 34.
Die zeitliche Position dieses Peaks 34 t₅ wird dann erfindungsgemäß gemessen. Hervorgerufen wird der charakteristische Peak 34 durch die entsprechende Abbremsbewegung des an dem Verschlussorgan 18 angeordneten Einzelmagneten innerhalb der Spule 15. Durch diese plötzliche Abbremsbewegung wird in der Spule eine Spannung induziert, die zu dem genannten charakteristischen Spannungsimpuls 34 führt.
Anhand des Zeitpunktes t₁, der dem Einschalten des Steuerstroms I_ST entspricht und somit entsprechend mindestens in guter Näherung den Zeitpunkt des Beginns der Öffnungsbewegung des Verschlussorgans 18 repräsentiert, und anhand des Zeitpunktes t₅, der dem späteren Anschlagen des Verschlussorgans 18 an dem Ventilsitz 32 und mithin der Rückkehr in die Schließstellung entspricht, wird die Zeitspanne Δt ermittelt, in der das Ventil 10 im Rahmen des Öffnungs- und Schließzyklus effektiv geöffnet ist, sodass Leim austreten kann. Diese Zeitspanne Δt entspricht dann der Öffnungsdauer des Leimventils 10.
4 (Diagramme 35, 36) zeigt zwei unterschiedliche Kurvenverläufe der Messspannung U_MESS, nämlich die Kurven U'_MESS und U''_MESS, die bei zwei verschiedenen, im Aufbau allerdings grundsätzlich identischen Ventilen einer Gruppe von parallel betriebenen Ventilen (Mehrfachventilkopf) jeweils bei Beaufschlagung mit identischen Steuerströmen I'_ST, I''_ST und identischen Messströmen I'_MESS I''_MESS gemessen wurden. Es zeigt sich, dass jeweils die Zeitpunkte t'₅ bzw. t''₅ unterschiedlich sind, zu denen der charakteristische Spannungsimpuls bzw. Peak 34' bzw. 34'' auftritt. Hieraus ergeben sich entsprechend unterschiedliche Öffnungszeiten Δt' bzw. Δt''. Diese unterschiedlichen Öffnungszeiten können beispielsweise dadurch hervorgerufen sein, dass sich die Ventilhubeinstellungen der beiden Ventile ungewollt unterscheiden.
Wenn solche Differenzen der Öffnungszeiten im Produktionsprozess festgestellt werden, kann die Steuer- und Messschaltung der Vorrichtung 27 bzw. genauer gesagt eine vorliegend als Mikrocontroller ausgebildete Mess- und Steuereinrichtung 29 der Steuer- und Messschaltung die Ansteuerung der Ventile so verändern, dass die Öffnungszeiten aneinander angepasst werden, sodass sich (wieder) identische Öffnungszeiten ergeben bzw. sodass die Zeitpunkte t'₅ bzw. t''₅ wieder identisch sind.
Dies kann im in 4 beschriebenen Fall beispielsweise dadurch geschehen, dass bei dem der Spannungskurve U'_MESS zugeordneten Ventil das Abschalten seines Steuerstroms etwas später erfolgt als bei dem der Spannungskurve U''_MESS zugeordneten Ventil, sodass sich insgesamt eine längere Öffnungszeit Δt' ergibt, die dann der Öffnungszeit Δt'' entspricht.
Umgekehrt könnte die Öffnungszeit des der Spannungskurve U''_MESS zugeordneten Ventils auch entsprechend gegenüber der Öffnungszeit des der Spannungskurve U'_MESS zugeordneten Ventils verringert werden, nämlich durch früheres Abschalten des Steuerstroms des erstgenannten Ventils.
5 (Diagramm 37) zeigt schließlich einen Spannungsverlauf U_MESS, wie er sich bei einem fehlerhaften Ventil 10 einstellen könnte. Es fehlt ein charakteristischer Spannungsimpuls bzw. Peak 34, beispielsweise weil sich das Ventil 10 fehlerhafterweise nicht öffnet. Die Mess- und Steuereinrichtung 29 der Vorrichtung 27 erkennt dies, etwa durch Vergleich mit einer Referenzkurve, und meldet entsprechend ein Fehlersignal.
Der für das jeweilige Ventil gemessene Spannungsverlauf kann zur Erkennung von Fehlern auch mit mindestens einem Spannungsverlauf mindestens eines der anderen parallel angesteuerten Leimventile der jeweiligen Ventilgruppe verglichen werden oder durch Vergleich mit hinterlegten Grenzwerten. Wie der Fachmann des Standes der Technik erkennt, gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die gemessenen Kurvenverläufe bzw. die gemessenen Spannungen U_MESS auszuwerten.
Die Umsetzung sämtlicher der oben beschriebenen Verfahren kann mittels ansonsten dem Fachmann geläufiger Mess- und Steuerungsschaltungen bzw. -einrichtungen erfolgen, die dafür geeignet auszubilden sind.
Vorliegend sorgt letztlich die Steuer- und Messeinrichtung 29 als Teil der Vorrichtung 27 bzw. als Teil der Steuer- und Messschaltung der Vorrichtung 27 für die entsprechende Ansteuerung des Leimventils 10. Beispielsweise auch dafür, dass die Beaufschlagung der Spule 15 mit dem Steuerstrom I_ST zu vorgegebenen Zeitpunkten erfolgt, dass der Messstrom I_MESS zu vorgegebenen Zeiten ein- und ausgeschaltet wird und dergleichen mehr. Weiter erfasst sie die entsprechende Messspannung U_MESS, wertet diese in der beschriebenen Weise aus und ändert ggf. die Ansteuerung des Ventils in der ebenfalls beschriebenen Weise, und zwar basierend auf den gemessenen bzw. errechneten Ergebnissen.
Bezugszeichenliste

10: Leimventil
11: Ventilgehäuse
12: Steckergehäuse
13: Ventilgehäuseinnenraum
14: Elektromagnet
15: Spule
16: Spulenkörper
17: Ventilkammer
18: Verschlussorgan
19: Schaft
20: Kugel
21: Dosieröffnung
22: Leimanschluss
23: Leimkanal
23a: Anschlusskanal
23b: Anschlusskanal
24: Kolbenstück
25: Gewindebolzen
26: Stecker
27: Vorrichtung
28: Spannungsquelle
29: Mess- und Steuereinrichtung
30: Diagramm
31: Diagramm
32: Ventilsitz
33: Konstantstromquelle
34: Peak
34': Peak
34'': Peak
35: Diagramm
36: Diagramm
37: Diagramm
Δt: Öffnungszeit
Δt': Öffnungszeit
Δt'': Öffnungszeit
t₀..t₅: Zeitpunkt
t₀'..t₅': Zeitpunkt
t₀''..t₅'': Zeitpunkt
I_ST: Steuerstrom
I'_ST: Steuerstrom
I''_ST: Steuerstrom
I_STmax: Maximalwert Steuerstrom
U_MESS: Messung
U'_MESS: Messung
U''_MESS: Messung
U₁: Maximalwert Messung

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Leimventils (10), insbesondere eines Leimventils (10) einer Vorrichtung zur Herstellung und/oder Verpackung von Zigaretten oder anderen rauchbaren Gegenständen, bei dem ein Verschlussorgan (18), insbesondere taktweise, mit einem an diesem angeordneten Dauermagneten durch ein von einer stromdurchflossenen Spule (15) erzeugten Magnetfeld aus einer Ausgangsstellung ausgelenkt und nach Abschalten des Magnetfeldes durch Rückstellkräfte in die Ausgangsstellung zurückbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abschalten des Magnetfelds die an der Spule (15) anfallende elektrische Spannung oder der durch die Spule fließende elektrische Strom gemessen und im Hinblick auf einen sich am Ende der Rückbewegung des Verschlussorgans (18) einstellenden, in Folge eines plötzlichen Abbremsvorgangs des Verschlussorgans (18) in der Spule (15) induzierten, für diesen Abbremsvorgang charakteristischen Spannungs- oder Stromimpuls (34..34'') überwacht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Auftretens des charakteristischen Spannungs- bzw. Stromimpulses (34..34'') bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne (Δt..Δt'') ermittelt wird, die zwischen dem Anschalten des Magnetfeldes, insbesondere dem Anschalten eines das Magnetfeld erzeugenden Steuerstroms, bis zum Zeitpunkt des Auftretens des charakteristischen Spannungs- bzw. Stromimpulses (34..34'') verstreicht.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (15) nach dem Abschalten des Magnetfeldes mit einem konstanten Messstrom beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussorgan (18) durch eine Beaufschlagung der Spule (15) mit einem Steuerstrom aus der Ausgangsstellung ausgelenkt wird, und dass die Rückstellkräfte das Verschlussorgan (18) nach Abschalten des Steuerstroms in die Ausgangsstellung zurückbewegen, wobei die Spule (15) nach dem Abschaltendes Steuerstroms mit dem Messstrom beaufschlagt wird, insbesondere einem Messstrom, der im Vergleich zum Steuerstrom eine geringe Stromstärke aufweist.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der plötzliche Abbremsvorgang des Verschlussorgans (18) am Ende der Rückbewegung ausgelöst wird durch ein Anschlagen das Verschlussorgans (18) an ein Anschlagorgan (32) des Leimventils (10).
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstellung des Verschlussorgans (18), aus der das Verschlussorgan (18) ausgelenkt wird, einer Schließstellung des Ventils (10) entspricht, in der das Verschlussorgan (18) die Dosieröffnung (21) des Ventils (10) unter Anlage an dem Ventilsitz (32) des Leimventils (10) schließt, dass die Auslenkung des Verschlussorgans (18) aus der Ausgangsstellung einer Öffnung des Ventils (10) unter Freigabe der Dosieröffnung (21) entspricht, und dass der Ventilsitz (32) das Anschlagorgan bildet, gegen das das Verschlussorgan (18) am Ende seiner Rückbewegung schlägt.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, mindestens gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die errechnete Zeitspanne (Δt..Δt'') der Öffnungsdauer des Ventils (10) entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die entsprechenden Öffnungszeitspannen (Δt..Δt'') von mehreren, parallel angesteuerten Einzelventilen (10) einer Leimventilgruppe bestimmt werden, und dass bei Abweichungen der jeweiligen Öffnungszeitspannen (Δt..Δt'') voneinander die Öffnungszeitspannen (Δt..Δt'') der jeweiligen Einzelventile (10) aneinander angepasst, insbesondere jeweils auf denselben Wert eingestellt werden, bevorzugt durch entsprechende Vorgabe von geeigneten Ventilansteuerparametern.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, mindestens gemäß Anspruch 2 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte von mehreren, parallel angesteuerten Einzelventilen einer Leimventilgruppe bestimmt werden, zu denen das jeweilige Verschlussorgan (18) des jeweiligen Einzelventils (10) am Ende der Rückbewegung an dem jeweiligen Ventilsitz (32) anschlägt, und dass bei Abweichungen dieser Anschlagzeitpunkte der jeweiligen Leimventile (10) voneinander diese Zeitpunkte aneinander angepasst, insbesondere jeweils auf denselben Wert eingestellt werden, bevorzugt durch entsprechende Vorgabe von geeigneten Ventilansteuerparamtern.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sich nach Abschalten des jeweiligen Steuerstroms und Zuschalten des jeweiligen Messstroms an den jeweiligen Spulen (15) einstellenden, zeitabhängigen Spannungsverläufe mehrerer parallel angesteuerter Einzelventile (10) einer Leimventilgruppe jeweils über eine gewisse Zeitspanne gemessen werden, und dass die Spannungsverläufe im Hinblick auf Fehler des Leimventils (10) ausgewertet werden, insbesondere durch Vergleich mit mindestens einem Spannungsverlauf mindestens eines der anderen Leimventile (10) oder durch Vergleich mit hinterlegten Referenzspannungsverläufen oder durch Vergleich mit hinterlegten Grenzwerten.
Vorrichtung zum Betreiben eines Leimventils (10), insbesondere eines Leimventils einer Vorrichtung zur Herstellung und/oder Verpackung von Zigaretten oder anderen rauchbaren Gegenständen, bevorzugt zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1–11, wobei das Leimventil (10) über ein bewegbares Verschlussorgan (18) mit einem an diesem angeordneten Dauermagneten verfügt sowie über eine Spule (15), wobei mit der Vorrichtung (27) in der Spule (15) ein Strom erzeugbar ist, der ein Magnetfeld bewirkt, mit dem das Verschlussorgan (18) aus einer Ausgangsstellung auslenkbar ist, und wobei das Verschlussorgan (18) nach Abschaltendes Magnetfeldes durch Rückstellkräfte in die Ausgangsstellung zurückbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Vorrichtung (27) nach dem Abschalten des Magnetfelds die an der Spule (15) anfallende elektrische Spannung oder der durch die Spule fließende Strom messbar und im Hinblick auf einen sich am Ende der Rückbewegung des Verschlussorgans (18) einstellenden, in Folge eines plötzlichen Abbremsvorgangs in der Spule (15) induzierten, für diesen Abbremsvorgang charakteristischen Spannungs- oder Stromimpuls (34..34'') überwachbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein oder mehrere Merkmale der Ansprüche 1–11.