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Die Erfindung betrifft eine Strangmaschine der Tabak verarbeitenden Industrie, umfassend eine Positioniervorrichtung zum Verstellen eines Bauteils relativ zu dem Strang und/oder zu einer vorgegebenen Sollposition in mindestens zwei zueinander unabhängigen Richtungen, wobei die Positioniervorrichtung einen Rahmen aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Steuern einer Strangmaschine.
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DE 10 2009 058 040 B4 offenbart eine Filterstabherstellmaschine mit einer Einführeinrichtung zum Einführen eines Fadens in den Filterstrang, einer bildgebenden Messeinrichtung zur stirnseitigen Inspektion der Filterstäbe, einer Bildauswerteeinrichtung zur Ermittlung der Position des Fadens in den Filterstäben, und einer Aktuatoreinrichtung zur automatischen Lageregelung der Einführeinrichtung mittels des von der Bildauswerteeinrichtung ausgegebenen Signals.
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WO 2012 025723 A1 offenbart eine Filterstabherstellmaschine mit einem Fadenrohr zum Einbringen eines Fadens in den Filterstrang und einem Einstellmechanismus zum Einstellen der Position des Fadenrohrs entlang einer vertikalen Achse relativ zu dem Filterstrang. Der Einstellmechanismus kann eine Dreheinstellvorrichtung aufweisen, mit der das Fadenrohr gedreht werden kann, wodurch zusätzlich eine etwa seitliche Verstellung des Auslassendes des Fadenrohrs bewirkt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kompakte, robuste und kostengünstige Positioniervorrichtung für eine Strangmaschine bereitzustellen, um eine vorteilhafte Lageverstellung eines Bauteils relativ zu dem Strang zu ermöglichen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verstellelemente, die jeweils mittels eines Lineartriebs in einer Richtung relativ zu dem Rahmen verschiebbar sind, wobei zwischen dem Bauteil und dem Verstellelement jeweils eine Linearführung vorgesehen ist, mittels der das Bauteil relativ zu dem Verstellelement in der anderen Richtung linear verschiebbar geführt ist, kann das Bauteil auf einfache Weise in den beiden entsprechenden Richtungen verschoben werden. Jeweils bei der Verschiebung eines Verstellelements läuft dieses in Bezug auf das andere Verstellelement in der entsprechenden Führung zwischen dem anderen Verstellelement und dem Bauteil. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Ausführung der Positioniervorrichtung. Des Weiteren können Elektromotoren für beide Lineartriebe rahmenfest montiert sein, so dass beispielsweise aufwändige Kabelführungen für bewegte Elektromotoren nicht erforderlich sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Positioniervorrichtung zum Verschieben des Bauteils in einer dritten unabhängigen Richtung eingerichtet. Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass der Rahmen der Positioniervorrichtung in der dritten unabhängigen Richtung verschiebbar gelagert ist. In dieser Ausführungsform weist das Bauteil vorteilhaft sämtliche drei Translationsfreiheitsgrade auf, so dass die Lage des Bauteils in der Strangmaschine dreidimensional einstellbar oder regelbar ist.
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Das zu verstellende Bauteil kann beispielsweise eine Einführeinrichtung zum Einführen eines Objekts in einen Strang sein, beispielsweise ein Fadenführungsrohr zum Einlegen eines Fadens in einen Filtermaterialstrang oder eine Einlegeeinrichtung zum Einlegen von Kapseln oder anderen Elementen in einen Filtermaterialstrang. Andere Anwendungen sind möglich; beispielsweise kann das zu verstellende Bauteil eine Farbdüse, eine Leimdüse, ein Dorn zur Herstellung eines Hohlraums in einem Filter, etc. sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Maschine zur Herstellung von Filterstäben;
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2 eine Ansicht auf eine Stirnseite eines Filterstabes;
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3 eine Seitenansicht auf eine Positioniervorrichtung für ein Fadenführungsrohr;
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4 eine Ansicht in Strangrichtung auf die Positioniervorrichtung gemäß 2; und
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5 eine Draufsicht von oben auf eine Positioniervorrichtung gemäß 2 und 3.
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In der Maschine 10 zur Herstellung von Filterstäben 11, insbesondere Zigarettenfilter, wird Filtermaterial 12, insbesondere Filtertow aus Celluloseacetat, mittels eines Trichters 13 zu einem Endlos-Filterstrang 14 geformt. Der Filterstrang 14 wird mittels einer Schneideinrichtung 15 in Filterstäbe 11 geschnitten, mittels einer nicht gezeigten Vereinzelungseinrichtung vereinzelt und in Querrichtung auf eine Ablegetrommel 16 abgelegt, die zu diesem Zweck am Umfang der Trommel 16 angeordnete Mulden 17 zur Aufnahme jeweils eines Filterstabs 11 aufweist. In der Stirnfläche 20 des geschnittenen Filterstabs 11, siehe 2, wird der farblich abgesetzte Faden 22 als Punkt 27 sichtbar. Von der Ablegetrommel 16 werden die Filterstäbe 11 beispielsweise an eine Förderstrecke 18 übergeben und abgefördert.
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Die Maschine umfasst des Weiteren eine zweckmäßigerweise im Bereich des Trichters 13 angeordnete Einrichtung 21, beispielsweise ein Fadenführungsrohr, das als Hohlnadel ausgeführt sein kann, zum Einführen eines sich in Längsrichtung des Filterstrangs 14 kontinuierlich erstreckenden Elements 22, hier eines Fadens, in den Filterstrang 14. Der farblich von dem Filtermaterial 12 abgesetzte Faden 22 wird beispielsweise von einem Wickel 23 abgenommen und kann in einem Bad 24 mit einer Aromaflüssigkeit 25 getränkt werden.
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Die Sollposition 26 des Fadens 22 in den Filterstäben 11 ist in diesem Beispiel mittig auf der Längsachse, wie aus 2 ersichtlich ist. Die Einfuhreinrichtung 21 ist daher zweckmäßigerweise etwa axialparallel mittig zu dem Filterstrang 14 ausgerichtet. Um eine Abweichung der Ist-Position 27 des Fadens 22 von der Sollposition 26 kompensieren zu können, ist die Einführeinrichtung 21 mindestens in beiden Querrichtungen x, y verstellbar angeordnet, wie dies in 1 durch die mit x, y bezeichneten Doppelpfeile angedeutet ist. Zur Verstellung der Einführeinrichtung 21 ist eine Positioniervorrichtung 36 vorgesehen.
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Eine Ausführung der Positioniervorrichtung 36 zur Verstellung der Einfuhreinrichtung 21 in beiden Querrichtungen x, y wird im Folgenden anhand der 3 bis 5 erläutert.
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Die Positioniervorrichtung 36 umfasst einen Rahmen 40, ein erstes Verstellelement 41, das mittels eines ersten Lineartriebs 43 in einer ersten Querrichtung, hier der x-Richtung, relativ zu dem Rahmen 40 verschiebbar geführt ist, ein zweites Verstellelement 42, das mittels eines zweiten Lineartriebs 45 in einer zweiten Querrichtung, hier der y-Richtung, relativ zu dem Rahmen 40 verschiebbar geführt ist. Der erste Lineartrieb 43 ist beispielsweise ein Gewindetrieb und wird mittels eines ersten Elektromotors 46 beispielsweise über einen Antriebsriemen 47 angetrieben. Der zweite Lineartrieb 45 ist beispielsweise ein Gewindetrieb und wird mittels eines zweiten Elektromotors 48 beispielsweise über einen Antriebsriemen 49 angetrieben. Beide Elektromotoren 46, 48 können vorteilhaft rahmenfest montiert, d. h. relativ zu dem Rahmen 40 fest montiert, insbesondere fest an diesem angebracht sein. Das erste Verstellelement 41 ist in einer weiteren Linearführung 50, die parallel zu dem ersten Lineartrieb 43 angeordnet ist, verschiebbar geführt. Die weitere Linearführung 50 ist beispielsweise als Linearkugellager ausgeführt. Die weitere Linearführung 50 ist nicht zwingend erforderlich. Alternativ oder zusätzlich zu der weiteren Linearführung 50 kann das zweite Verstellelement 42 in einer weiteren Linearführung, die parallel zu dem zweiten Lineartrieb 45 angeordnet ist, verschiebbar geführt sein.
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Zwischen dem ersten Verstellelement 41 und der Einführeinrichtung 21 ist eine in y-Richtung, also senkrecht zu dem ersten Lineartrieb 43 orientierte erste Linearführung 51 vorgesehen, die hier als Schwalbenschwanzführung ausgebildet ist. Zwischen dem zweiten Verstellelement 42 und der Einführeinrichtung 21 ist eine in x-Richtung, also senkrecht zu dem zweiten Lineartrieb 45 orientierte zweite Linearführung 52 vorgesehen, die hier als Linearkugellager ausgebildet ist. Die weitere Linearführung 50 und die zweite Linearführung 52 sind insbesondere parallel zueinander angeordnet. Die zu verstellende Einführeinrichtung 21 kann ein Zwischenteil 53 beispielsweise in Form einer Querstrebe aufweisen, das zur Ausbildung der Linearführungen 51, 52 dienen kann. Ein Zwischenteil 53 ist aber nicht zwingend erforderlich; die Linearführungen 51, 52 können insbesondere auch direkt an der Einführeinrichtung 21 ausgebildet sein.
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Zur Verschiebung des Bauteils bzw. Fadenführungsrohrs 21 in x-Richtung wird der erste Elektromotor 46 betätigt, wodurch über den Antriebsriemen 47 der erste Lineartrieb 43 betätigt wird, der eine Verschiebung des ersten Verstellelements 41 in x-Richtung, hier unter gleichzeitiger Führung des ersten Verstellelements 41 in der weiteren Führung 50 bewirkt. Aufgrund der in x-Richtung formschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten Verstellelement 41 und dem Zwischenteil 53 bzw. dem Bauteil 21 bewirkt die Verschiebung des ersten Verstellelements 41 in x-Richtung eine Verschiebung des Zwischenteils 53 und somit des Bauteils 21 in x-Richtung. Dabei wird das Zwischenteil 53 bzw. das Bauteil 21 in der zweiten Linearführung 52 relativ zu dem zweiten Verstellelement 42 in x-Richtung verschoben.
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Zur Verschiebung des Bauteils bzw. Fadenführungsrohrs 21 in y-Richtung wird der zweite Elektromotor 48 betätigt, wodurch über den Antriebsriemen 49 der zweite Lineartrieb 45 betätigt wird, der eine Verschiebung des zweiten Verstellelements 42 in y-Richtung bewirkt. Aufgrund der in y-Richtung formschlüssigen Verbindung zwischen dem zweiten Verstellelement 42 und dem Zwischenteil 53 bzw. dem Bauteil 21 bewirkt die Verschiebung des zweiten Verstellelements 42 in y-Richtung eine Verschiebung des Zwischenteils 53 und somit des Bauteils 21 in y-Richtung. Dabei wird das Zwischenteil 53 bzw. das Bauteil 21 in der ersten Linearführung 51 relativ zu dem ersten Verstellelement 41 in y-Richtung verschoben.
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Es ist nicht ausgeschlossen, dass beide Lineartriebe 43, 45 mittels eines Elektromotors angetrieben sind, beispielsweise unter Verwendung einer steuerbaren Kupplung.
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Vorteilhaft ist die Positioniervorrichtung 36 zur automatischen Lageverstellung und/oder Lageregelung von einer elektronischen Steuereinrichtung 31 ansteuerbar. Für die automatische Lageverstellung und/oder Lageregelung ist vorteilhaft eine Messvorrichtung zur Bestimmung einer mit der Lage des Bauteils 21 zusammenhängenden Messgröße vorgesehen. In der Ausführungsform der 1 ist beispielsweise benachbart zu der Stirnseite der Ablegetrommel 16 eine Kamera 19 angeordnet, die zur Inspektion der Stirnseite 20 eines in einer Mulde 17 der Trommel 16 angeordneten Filterstabes 11 angeordnet und eingerichtet ist. Die optische Achse der Kamera 19 ist daher zweckmäßigerweise parallel zur Achse des zu inspizierenden Filterstabs 11 ausgerichtet. Die Kamera 19 wird von einer Kamerasteuerung 28 auf der Grundlage des Maschinentakts 29 gesteuert, um stirnseitige Bilder der einzelnen, an der Kamera 29 vorbeigeführten Filterstäbe 11 aufzunehmen. Es ist dabei nicht zwingend erforderlich, jeden Filterstab 11 zu erfassen; die Erfassung jedes n-ten, beispielsweise jedes fünften Filterstabs 11, oder eine stichprobenartige Erfassung von Filterstäben 11, kann ausreichend sein. Die Kamera 19 ist in der Maschine 10 angeordnet und ermöglicht eine Messung in der Produktionslinie (on-line-Messung) an durch die Maschine 10 laufenden Filterstäben 11; eine Entnahme von Filterstäben 11 für eine Bestimmung der Lage des Fadens 22 ist nicht erforderlich.
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Die Kamera 19 kann eine Flächenkamera sein, so dass ein einzelnes Bild die gesamte Stirnfläche 20 eines Filterstabs 11 erfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kamera 29 alternativ eine Zeilenkamera sein, wobei eine Mehrzahl von Zeilenbildern zu einem die gesamte Stirnfläche 20 eines Filterstabs 11 erfassenden Flächenbild zusammengesetzt wird.
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Die von der Kamera 19 aufgenommenen Bilder der Stirnfläche 20 der Filterstäbe 11 werden über die Kamerasteuerung 28 an eine Bildauswerteeinrichtung 30 übermittelt, die vorzugsweise in einer programmierbaren elektronischen Steuereinrichtung 31 realisiert ist. Die Steuereinrichtung 31 kann beispielsweise in der Maschinensteuerung realisiert sein. Alternativ kann die Bildauswerteeinrichtung 30 ganz oder teilweise in der Kamerasteuerung 28 realisiert sein. Die Kamera 19, die Kamerasteuerung 28 und die Bildauswerteeinrichtung 30 können in einer Baueinheit zusammengefasst sein.
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Die Bildauswerteeinrichtung 30 umfasst eine Bildauswertungs-Software, die zur Ermittlung der Ist-Position 27 des farblich abgesetzten Fadens 22 in dem Filtermaterial 12 aus dem aufgenommenen Bild des Filterstabs 11 eingerichtet ist. Die Ist-Position des Fadens 22 kann beispielsweise in Form zweier Koordinaten x-i, y-i ermittelt werden, die die Abweichung der Lage des Fadens 22 von der Mitte in x- und y-Richtung angeben. Allgemein kann es sich um eine absolute Position, eine relative Position oder einen anderen mit der Position des Fadens 22 zusammenhängenden Wert handeln. Die aktuelle Position 27 des Fadens 22 wird vorzugsweise auf einem Bildschirm 32 für einen Maschinenbediener in geeigneter Form zur Anzeige gebracht, beispielsweise als numerische Koordinaten oder vorzugsweise graphisch, beispielsweise mit einer 2 entsprechenden Darstellung.
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Wenn die Bildauswerteeinrichtung 30 feststellt, dass die Position 27 des Fadens 22 um mehr als einen bestimmten Betrag von der Sollposition 26 abweicht, d. h. außerhalb eines tolerierbaren Bereichs 33 liegt, kann die Steuereinrichtung 31 geeignete Maßnahmen einschließlich der Anzeige eines Warnhinweises auf dem Bildschirm 32 und/oder Ausgabe eines Maschinenstoppbefehls und/oder einen Auswurf fehlerhafter Produkte durchführen.
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Insbesondere kann eine automatische Verstellung der Einführeinrichtung 21 mittels der vorteilhaft von der elektronischen Steuereinrichtung 31 steuerbaren Positioniervorrichtung 36 in x- bzw. y-Richtung um einen der Abweichung x-i, y-i entsprechenden Betrag vorgesehen sein. Die Kamera 19, die Steuereinrichtung 31 und die Positioniervorrichtung 36 bilden vorzugsweise einen Regelkreis zum fortlaufenden Regeln der Position des Fadens 22 auf die Sollposition 26. Ein Eingreifen bzw. manuelles Nachstellen der Einführeinrichtung 21 durch einen Maschinenbediener ist in dieser Ausführungsform nicht erforderlich.
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Alternativ kann ein Maschinenbediener veranlasst werden, die Position der Einführeinrichtung 21 manuell in x- bzw. y-Richtung um einen der Abweichung x-i, y-i entsprechenden Betrag in Gegenrichtung nachzustellen, um den Faden 22 erneut mittig auszurichten. Dies kann vorzugsweise im laufenden Maschinenbetrieb erfolgen, um unnötige Stillstandszeiten zu vermeiden.
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Wenn die Bildauswerteeinrichtung 30 feststellt, dass die Position 27 des Fadens 22 auf der gesamten Stirnfläche 20 des Filterstabs 11 nicht ermittelbar ist, kann von einem Riss des Fadens 22 ausgegangen werden und die Steuereinrichtung 31 kann wiederum geeignete Maßnahmen einschließlich der Anzeige eines Warnhinweises auf dem Bildschirm 32 und/oder Ausgabe eines Maschinenstoppbefehls und/oder einen Auswurf fehlerhafter Produkte durchführen.
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Die Bildauswerteeinrichtung 30 ist vorzugsweise zur Erkennung der Position einer Naht 34 des Filterpapiers 35 bzw. der Winkelabweichung α von einer Sollposition, in 2 beispielsweise die 12-Uhr-Position auf der y-Achse, eingerichtet. Bei einer signifikanten Winkelabweichung α, die auf einer Verdrehen des Filterstabs 11 um seine eigene Achse auf dem Weg zwischen der Einfuhreinrichtung 21 und der Kamera 19 beruht, berechnet die Steuereinrichtung 31 zweckmäßigerweise entsprechend korrigierte Lagekoordinaten x-i, y-i des Fadens 22.
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Die Kamera 19 kann eine nicht gezeigte Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der zu inspizierenden Stirnseite 20 des Filterstabs 11 umfassen. Die Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise ringförmig um die empfindliche Fläche angeordnet und kann beispielsweise mittels Leuchtdioden realisiert sein. Eine mit dem Bildaufnahmetakt der Kamera 19 getaktete Beleuchtung kann vorteilhaft sein. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die Kamera 19 zur Anpassung an unterschiedliche Filterstabformate verstellbar montiert sein.
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Die Kamera 19 muss nicht zwingend an einer Filterstäbe fördernden Trommel 16 der Maschine 10 angeordnet sein. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kamera 19 an der nachgeordneten Förderstrecke 18 angeordnet. Da in diesem Fall keine maschinengetaktete Förderung vorliegt, wird der Auslöseimpuls 37 für die Bildaufnahme zweckmäßigerweise in geeigneter Weise beispielsweise per Selbsttaktung in der Kamerasteuerung 28 oder mittels einer an der Förderstrecke 18 angeordneten Lichtschranke erzeugt.
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Die Messvorrichtung zur Erzeugung des Lagesignals muss keine optische Messvorrichtung bzw. eine Kamera sein, sondern kann auf einem anderen Messprinzip, beispielsweise Mikrowellenmessung, beruhen.
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Das zu verschiebende Bauteil ist nicht auf eine bestimmte Position am Strang festgelegt. Beispielsweise kann die Positioniervorrichtung am Beginn der Strangbildung und vor der Umhüllung des Strangmaterials mit einem Umhüllungsstreifen, in 1 beispielsweise, angeordnet sein. Der Begriff Strang ist weit auszulegen und umfasst jedes in einer Längsrichtung kontinuierlich verarbeitete Material der Tabak verarbeitenden Industrie, insbesondere Tabak- oder Filtermaterial oder Umhüllungsstreifen dafür. In 1 ist beispielsweise das Filtermaterial in Förderrichtung vor dem Trichter 13 (hier rechts von dem Trichter 13) auch bereits als Strang anzusehen.
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Die Erfindung ist auch auf Zweistrangmaschinen anwendbar. In diesem Fall können die zu verschiebenden Bauteile miteinander verbunden sein, wobei eine Positioniervorrichtung zur gleichzeitigen Verschiebung beider Bauteile eingerichtet ist. Alternativ können zwei Positioniervorrichtungen zur unabhängigen Verschiebung beider Bauteile vorgesehen sein.
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In einer Ausführungsform kann der Rahmen 40 relativ zu der Maschine fest montiert sein, so dass das Bauteil 21 in zwei zueinander unabhängigen Richtungen x, y verschiebbar ist.
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In einer anderen Ausführungsform kann der Rahmen 40 in einer dritten unabhängigen Richtung z verschiebbar gelagert sein, wobei vorteilhaft ein entsprechender, von der Steuereinrichtung 31 ansteuerbarer dritter Antrieb vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform weist das Bauteil 21 vorteilhaft sämtliche drei Translationsfreiheitsgrade x, y, z auf, so dass die Lage des Bauteils 21 in der Strangmaschine 10 dreidimensional einstellbar oder regelbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009058040 B4 [0002]
- WO 2012025723 A1 [0003]
