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Die Erfindung betrifft eine Behälterbehandlungsmaschine, die wenigstens ein bewegliches Bauteil umfasst, das durch einen Antrieb gesteuert wird.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Behälterbehandlungsmaschinen bekannt. So gibt es beispielsweise Etikettiermaschinen, Blasformmaschinen, Füller oder Behälterreinigungsanlagen. Je nach Zweck und Ausgestaltung dieser beispielhaften Behälterbehandlungsmaschinen sind bewegliche Bauteile vorgesehen. Diese werden üblicherweise durch einen Antrieb angesteuert, der wiederum von einer Steuereinheit gesteuert wird, was die Positionierung der beweglichen Teile an spezielle Positionen ermöglicht. So kann beispielsweise in einer Blasformmaschine das Aufklappen der Blasformen notwendig sein. Ein dafür vorgesehener Antrieb kann dieses Aufklappen ermöglichen.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der Steuerung beweglicher Bauteile von Behälterbehandlungsmaschinen zu erzielen.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Behälterbehandlungsmaschine nach Anspruch 1 und das Verfahren zum Bewegen eines beweglichen Bauteils einer Behälterbehandlungsmaschine nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die erfindungsgemäße Behälterbehandlungsmaschine umfasst wenigstens ein bewegliches Bauteil und einen diesem beweglichen Bauteil zugeordneten Antrieb, der geeignet ist, das bewegliche Bauteil in einem wohl definierten Parameterbereich zu bewegen und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein Aktuator ist. Die Verwendung eines Aktuators als Antrieb des beweglichen Bauteils gestattet eine, verglichen mit üblichen Antrieben, sehr genaue Einstellung der Position und/oder der Bewegung des beweglichen Bauteils.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Aktuator das bewegliche Bauteil um einen Punkt über einen bestimmten Winkelbereich drehen oder entlang einer bestimmten Kurve bewegen, wobei der Winkelbereich und die Kurve durch zwei Randpunkte begrenzt sind. Je nach beabsichtigter Bewegung des beweglichen Bauteils kann so über eine entsprechende Konstruktion die Bewegung des Aktuators in eine Bewegung des beweglichen Bauteils übertragen werden, womit dieses in Drehung versetzt werden kann oder sich entlang einer Kurve bewegen kann. Es sei erwähnt, dass es sich bei dem allgemeinen Begriff „Kurve“ auch um eine Gerade handeln kann. Grundsätzlich bezieht sich der Begriff Kurve auf jede Bewegung des beweglichen Bauteils, die mittels nur eines Parameters im dreidimensionalen Raum dargestellt werden kann.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Aktuator das bewegliche Bauteil periodisch zwischen wenigstens zwei Punkten des wohl definierten Parameterbereichs bewegen kann. Ist vorgesehen, dass die Bewegung des beweglichen Bauteils periodisch erfolgt (beispielsweise Auf- und Zuklappen eines Ventils oder einer Öffnung), so ist die Verwendung eines Aktuators besonders vorteilhaft, da dieser gerade für die periodische Bewegung in einem bestimmten Bereich besonders geeignet ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass der Aktuator das bewegliche Bauteil entlang einer offenen Kurve bewegen und/oder um ein Kreissegment drehen kann. Eine entsprechende Bewegung kann unter Verwendung eines Aktuators besonders gut erfolgen, da dieser sowohl für die genaue Positionseinstellung auf der offenen Kurve oder dem Kreissegment sowie einer Einstellung an den Randpunkten besonders geeignet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Sensor vorgesehen, der die auf das bewegliche Bauteil übertragene Kraft während einer Bewegung messen und ein für diese Kraft indikatives Signal ausgeben kann und weiterhin eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die von dem Aktuator auf das bewegliche Bauteil übertragene Kraft in Abhängigkeit des Signals steuern kann. So kann eine genaue Kontrolle der auf das bewegliche Bauteil einwirkenden Kraft über den Aktuator gewährleistet werden und weiterhin die Bewegung des beweglichen Bauteils in dem wohl definierten Parameterbereich kontrolliert eingestellt werden und je nach Notwendigkeit, beispielsweise nur in einem Teilbereich des wohl definierten Parameterbereichs erfolgen.
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Die Erfindung kann in einer Etikettiermaschine realisiert werden, wobei das bewegliche Bauteil eine Anbürstung, die zum Anbürsten eines Etiketts an einen zu etikettierenden Behälter geeignet ist. Da Anbürstungen nur in einem kleinen Bereich bewegt werden müssen, ist die Verwendung eines Aktuators hier besonders vorteilhaft.
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In einer Ausführungsform ist die Behälterbehandlungsmaschine eine Blasformmaschine und das bewegliche Bauteil ein Teil einer der Blasformmaschine zugeordneten Blasform. So kann das schnelle und periodische Öffnen und Schließen der Blasform zur Herstellung von Behältern durch Verwendung eines Aktuators verbessert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Behälterbehandlungsmaschine ein Füller ist und das bewegliche Bauteil ein Füllstutzen ist, der zum Befüllen eines Behälters geeignet ist. Da die Füllstutzen eine immer wiederkehrende Bewegung zwischen einer nicht eingefahrenen und eingefahrenen Position in einem Behälter durchlaufen, ist die Verwendung eines Aktuators hier vorteilhaft.
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Die Behälterbehandlungsmaschine kann als Behälterreinigungsanlage vorgesehen sein, wobei das bewegliche Bauteil ein Teil einer der Behälterreinigungsanlage zugeordneten Reinigungsstation ist. Da auch die Bewegung der Behälterreinigungsstationen und/oder bestimmter Teile davon, periodisch bei der Reinigung jedes Behälters auftritt, ist hier die Verwendung eines Aktuators vorteilhaft.
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In einer Ausführungsform ist die Behälterbehandlungsmaschine eine Direktdruckmaschine und das bewegliche Bauteil ein Druckkopf. Für die Positionseinstellungen der Druckköpfe ist zumeist eine Feinjustage notwendig, wobei die Druckköpfe nur um wenige Millimeter bewegt werden, um der Kontur der Flasche und eventuellen Fehlstellungen der Flasche Rechnung zu tragen. Für diese Einstellungen ist die Verwendung eines Aktuators vorteilhaft.
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Erfindungsgemäße kann ein Verfahren zum Bewegen eines beweglichen Bauteils einer Behälterbehandlungsmaschine verwirklicht werden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das bewegliche Bauteil durch einen dem beweglichen Bauteil zugeordneten Aktuator in einem wohl definierten Parameterbereich bewegt wird. Durch dieses Verfahren werden periodisch ablaufende Bewegungen oder Bewegungen, die sich nur über verhältnismäßig kurze Distanzen oder Winkelbereiche erstrecken, effektiver und genauer umgesetzt.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das bewegliche Bauteil um einen Punkt über einen bestimmten Winkelbereich gedreht oder entlang einer bestimmten Kurve bewegt, wobei der Winkelbereich und die Kurve durch zwei Randpunkte begrenzt sind und wobei die Kurve oder der Winkelbereich den wohl definierten Parameterbereich bestimmt.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Bewegung des beweglichen Bauteils periodisch zwischen wenigstens zwei Punkten des wohl definierten Parameterbereichs erfolgt. Die durch dieses Verfahren realisierte periodische Bewegung des beweglichen Bauteils weist eine erhebliche höhere Genauigkeit und Sensitivität gegenüber bisherigen Verfahren auf.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Bewegung des beweglichen Bauteils durch den Aktuator entlang einer offenen Kurve und/oder um ein Kreissegment. Durch die guten Ansteuereigenschaften der Aktuatoren wird so eine Bewegung des beweglichen Bauteils beispielsweise auch in nur einem Ausschnitt des wohldefinierten Parameterbereichs gewährleistet und kann weiterhin zwischen beispielsweise zwei unterschiedlichen Behältern leicht variiert werden.
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In einer Ausführungsform wird die vom Aktuator während der Bewegung auf das bewegliche Bauteil übertragene Kraft durch einen Sensor gemessen und der Sensor gibt ein für die Kraft indikatives Signal aus und eine Steuereinheit steuert die von dem Aktuator auf das bewegliche Bauteil übertragene Kraft in Abhängigkeit des Signals. Durch diese Steuerung ist eine Feinjustage des Bewegungsablaufs des beweglichen Bauteils möglich, die aufgrund der guten Ansteuereigenschaften der Aktuatoren auch bei aufeinanderfolgenden Behältern erfolgen kann.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 Schematische Darstellung einer Ausführungsform der Behälterbehandlungsmaschine.
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2a–2c Schematische Darstellung unterschiedlicher Bewegungsabläufe beweglicher Bauteile.
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3 Schematische Darstellung des übertragenen Drehmoments bestimmter Aktuatoren.
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Ausführliche Beschreibung
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1 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Behälterbehandlungsmaschine, hier eine Etikettiermaschine, die zur Verbesserung der Etikettenhaftung Anbürstungen 105 umfasst, die an den mit einem Etikett versehenen Behälter 151 herangedrückt werden, um das Etikett an dem Behälter anzudrücken. Um die Positionierung der Anbürstung 105 oder allgemeiner im Sinne der Erfindung eines beweglichen Bauteils zu ermöglichen, ist eine Antriebseinheit 100 vorgesehen. Diese Antriebseinheit 100 umfasst als Antrieb einen Aktuator 101, der über eine Verbindung 104 mit dem beweglichen Bauteil 105 verbunden ist, wobei die Verbindung 104 entsprechend der beabsichtigten Bewegung des beweglichen Bauteils 105 ausgebildet ist. So kann die Verbindung 104 so ausgebildet sein, dass das bewegliche Bauteil 105, wie in 1 dargestellt, entlang einer Richtung (Doppelpfeil) bewegt werden kann, wobei es sich dabei sowohl um Bewegungen entlang einer Kurve als auch im Besonderen entlang einer Geraden, also um eine Linearbewegung des Bauteils handeln kann. Es sei daher darauf verwiesen, dass, auch wenn hier zumeist auf Bewegungen entlang Kurven Bezug genommen wird, die Bewegung des Aktuators durch geeignete Führungen und Verbindungen auch in eine Linearbewegung des beweglichen Bauteils umgesetzt werden kann. Auch andere Ausführungen, beispielsweise in Form einer rotierenden Welle, wodurch ein bewegliches Bauteil in Rotation versetzt werden kann, sind denkbar. Im Bereich der Linearbewegungen des beweglichen Bauteils sei hier das Beispiel der Ausleitung von Behältern, beispielsweise bei der Qualitätskontrolle angeführt. Hier sind Aktuator und „Pusher“ (der Pusher leitet einen auszuleitenden Behälter durch Berührung und Impulsübertrag aus einer vorgegebenen Bewegungsrichtung in eine andere) so miteinander verbunden, dass der Pusher in radialer Richtung bezüglich des auszuleitenden Behälters verfahren wird. Die Bewegung des Pushers kann hier auch ruckartig durch den Aktuator bewirkt werden, um einen möglichst hohen Impulsübertrag auf den Behälters zu erreichen.
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Die Verwendung des Aktuators 101 ermöglicht die Bewegung des beweglichen Bauteils in einem bestimmten Parameterbereich, da Aktuatoren (bzw. Stellantriebe) eine Ausgangsbewegung in einem Winkelbereich von ungefähr 75° ermöglichen. Das wird durch den Aufbau des Aktuators erreicht, der, im Gegensatz zu üblichen Stellantrieben, sowohl am Stator als auch am Rotor nur jeweils 4 Pole, 2 Nord- und 2 Südpole umfasst. So entstehen Todpunkte, wenn sich gleiche Pole direkt gegenüberstehen, die aufgrund der Größe der Pole nicht durch die Anziehung des folgenden Pols überwunden werden können. Während eine Bewegung des Stators zwischen diesen Todpunkten sehr gut gesteuert werden kann, wird durch diesen Aufbau eine Bewegung des Stators über die Todpunkte hinaus unterbunden. Daraus resultiert die maximale Drehung des Stators um etwa 75° als strukturell bedingte Begrenzung. Durch diese maximale Auslenkbarkeit wird bereits ein wohldefinierter Parameterbereich vorgegeben, in dem sich das bewegliche Bauteil bewegen lässt. Ist eine Bewegung des beweglichen Bauteils nur zwischen zwei diesen Winkelbereich begrenzenden Randpunkten vorgesehen (also beispielsweise Rotation um einen bestimmten Winkel oder Bewegung entlang einer Kurve, wobei die Randpunkte des zu dem Winkelbereich gehörigen Kreissegments oder der Kurve mit den Randpunkten des 75°-Bereichs korrespondieren), so kann hier eine vergleichsweise einfache Steuerelektronik verwendet werden, da der Aktuator aufgrund seiner Bauweise keine Bewegung über diesen Winkelbereich hinaus zulässt bzw. kein dafür nötiges Drehmoment liefert
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Um eine genaue Ansteuerung der Bewegung des beweglichen Bauteils auch innerhalb dieses wohldefinierten Parameterbereichs zu ermöglichen, ist eine Steuereinheit 103 vorgesehen, die den Aktuator 101 steuern kann. Bevorzugt kann die Steuereinheit 103 die Bewegung des Aktuators so steuern, dass nicht nur eine Bewegung zwischen den Randpunkten des Parameterbereichs möglich ist sondern auch Einstellungen im Zwischenbereich. Dies ist besonders von Vorteil, wenn weitere Sensoren vorgesehen sind, die bestimmte physikalische Parameter bei der Bewegung des beweglichen Bauteils 105 überprüfen und entsprechende Signale entweder direkt an den Aktuator 101 zur Nachregelung zurückgeben oder Signale an die Steuereinheit 103 zurückgeben, die wiederum den Aktuator nachsteuert.
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Am Beispiel der Anbürstung aus 1 kann so beispielsweise erreicht werden, dass der entsprechende Sensor 102 den Druck, den die Anbürstung 105 auf den Behälter mit Etikett 151, an den sie herangeführt wird, ausübt, misst. Übersteigt dieser Druck einen bestimmten Grenzwert, so kann das Signal des Sensors 102 den Aktuator direkt oder über die Steuereinheit 103 veranlassen, das bewegliche Bauteil in radialer Richtung von der Behälterwandung des Behälters 151 zu entfernen, wodurch der Druck verringert werden kann. Mit Hilfe des Aktuators ist daher vorteilhaft auch eine Feinjustage möglich.
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2 zeigt weitere mögliche Ausführungen der Bewegung eines beweglichen Bauteils im Detail. So wird in 2a eine Blasform 205 dargestellt. Üblicherweise können diese Blasformen geöffnet und geschlossen werden, um einen Preform aufzunehmen und nach dem Blasvorgang diesen als fertigen Behälter auszugeben. Die entsprechende Öffnung der Blasform kann beispielsweise durch Rotation der Blasformhälften um eine bestimmte Achse 206 erfolgen. In einem solchen Fall besteht die Verbindung zwischen Aktuator 101 und den Hälften der Blasform 205 vorzugsweise derart, dass sie um die Achse 206 gedreht werden können. Auch wenn es möglich ist, dass jede der Blasformhälften von einem eigenen Aktuator bewegt wird, kann ein einziger Aktuator vorgesehen sein oder auch nur eine der Blasformhälften bewegt werden. Wie 2a zeigt, wird die Blasform durch den Aktuator aus dem geschlossenen Zustand (erster Randpunkt des wohldefinierten Parameterbereichs) in den offenen Zustand überführt (zweiter Randpunkt des wohldefinierten Parameterbereichs). Dadurch können, je nachdem, ob beide Blasformhälften bewegt werden oder nicht, die Blasformhälften um die Winkel α und β um die Achse 206 gedreht werden. Hier ist es besonders von Vorteil, dass sich Aktuatoren für periodische Bewegungen zwischen den Randpunkten des wohldefinierten Parameterbereichs besonders eigenen. So kann auf technisch relativ einfache Weise erreicht werden, dass die Blasform 205 stets vollständig geschlossen wird, sobald der Blasprozess beginnt und bei Ausgabe oder Aufnahme eines vollständigen Behälters bzw. Preforms immer mit demselben Öffnungswinkel erfolgt. Auf komplizierte Ansteuerungen und Nachregelungen oder mechanische Stopper kann hier verzichtet werden.
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2b und 2c zeigen eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der als Beispiel für das bewegliche Bauteil erneut die Anbürstung dient. In 2b wird die Anbürstung 105 zum Anbürsten um eine Strecke b verfahren, so dass der ursprüngliche Abstand der Anbürstung 105 zum Behälter 151 von a auf a–b verringert wird und ein entsprechender Anpressdruck auf das Etikett ausgeübt wird. In einem ersten in 2c dargestellten Fall variiert die Behältergröße zwischen dem Behälter 151 und 152. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mit ein und derselben Etikettiermaschine Behälter mit Durchmessern zwischen 5 und 7 cm etikettiert werden sollen. Daraus resultiert eine veränderte Position der Behälterwand beim Anbürstvorgang. So ist in 2c zu sehen, dass der Abstand zwischen der Wand des Behälters 152 und der Anbürstung mit a' vor Heranfahren der Anbürstung bereits kleiner ist als im in 2b dargestellten Fall. Dementsprechend ist nur eine Positionsveränderung der Anbürstung in Richtung des Behälters 152 um die Strecke b' nötig. Durch in einem Speicher hinterlegte Daten, wobei dieser Speicher der Steuereinheit zugeordnet sein kann, können diese veränderten Prozessparameter durch voreingestellte Profile berücksichtigt werden und eine entsprechende Bewegung des beweglichen Bauteils (hier der Anbürstung 105) kann zwischen den äußeren Randpunkten erfolgen, wobei im Fall von 2b beispielsweise der volle Parameterbereich ausgenutzt wird, während in 2c nur ein Teil des Parameterbereichs (beispielsweise die Hälfte) genutzt wird.
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Insbesondere im Fall der Anwendung von Aktuatoren auf die Bewegung von Anbürstungen und Blasformen ist vorteilhaft, dass Aktuatoren selbst eine sehr große Haltekraft in einer gegebenen Position aufweisen, weshalb beispielsweise ein Verschluss der Blasform, wie in 2a dargestellt, stets gewährleistet ist und dieser Verschluss auch mit der nötigen Kraft erfolgt.
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Es seit weiterhin erwähnt, dass die Aktuatoren nicht auf die Anwendung in Anbürstungen und Blasformmaschinen beschränkt sind sondern auch in allen anderen Bereichen zum Einsatz kommen können, in denen Bauteile innerhalb eines bestimmten wohldefinierten Parameterbereichs bewegt werden sollen, wobei die maximale Begrenzung des Parameterbereichs nie überschritten wird, jedoch teilweise unterschritten werden kann. So bieten sich beispielsweise Anwendungen im Bereich der Abfüllanlagen an, in denen Füllstutzen aus einer Position oberhalb eines Behälters in diesen hineingefahren werden. Bei sehr kleinen Flaschen ist dabei eine recht große Auslenkung aus der oberen Position erforderlich (beispielsweise 5 cm oder mehr). Bei größeren Flaschen ist dies nicht der Fall, so dass hier Auslenkungen von nur noch 3, 2 oder 1 cm ausreichen können. In diesem Fall repräsentiert die obere Position oder hohe Position des Füllstutzens den einen Randpunkt des wohldefinierten Parameterbereichs, der hier eine Kurve in Form einer Gerade wäre, wohingegen die Endposition in der kleinsten mit der Abfüllanlage zu befüllenden Flasche den anderen Randpunkt des wohldefinierten Parameterbereichs darstellt. In diesem Fall würde der Aktuator und insbesondere die Verbindung zwischen Aktuator und Füllstutzen so ausgelegt werden, dass die Bewegung zwischen diesen beiden Randpunkten möglich ist. Über die entsprechende Steuereinheit kann dann gewährleistet werden, dass auch Bewegungen zwischen dem ersten Randpunkt (der Ruheposition des Füllstutzens) und anderen Punkten, die näher am ersten Randpunkt sind als der zweite Randpunkt, gewährleistet werden. Somit kann das Auswechseln der Füllstutzen oder der zugehörigen Motoren umgangen werden, indem ein entsprechender Speicher vorgesehen ist, der die Steuereinheit mit notwendigen Daten zur Steuerung des Aktuators versorgt.
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Gleichsam sind Anwendungen im Bereich von Reinigungsanlagen für Behälter denkbar, in denen bewegliche Bauteile von Reinigungsstationen in Abhängigkeit von der Größe der zu reinigenden Behälter bewegt werden müssen. Auch kann ein solcher Aktuator mit einer entsprechenden Steuerung in Direktdruckmaschinen eingesetzt werden, in denen die beweglichen Bauteile beispielsweise Druckköpfe sind. Diese müssen, um einen hohen Behälterdurchsatz zu erreichen, teils sehr schnell zwischen zwei Positionen bewegt werden und teilweise feinjustiert werden. Hier bietet sich die Verwendung von Aktuatoren mit entsprechenden Steuereinheiten und insbesondere Sensoren zur Bestimmung der Entfernung zur Behälterwand an, da die Aktuatoren eine sehr genaue Positionierung der Druckköpfe ermöglichen und dies mit sehr hoher Geschwindigkeit gewährleisten können. Außerdem kann sehr schnell eine Feinjustage in Abhängigkeit von den von den Sensoren gemessenen Daten erfolgen. Weiterhin können bei Formatumstellungen der Behälter (Sorte A hat beispielsweise einen größeren oder kleineren Durchmesser als Sorte B) die Sensoren genutzt werden, um durch die Aktuatoren auf Grundlage der von den Sensoren gewonnenen Daten die Position eines beweglichen Bauteils, wie einer Anbürstung oder eines Druckkopfs, in Relation zum Behälter vorzugsweise in Echtzeit nachzujustieren.
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Zur Veranschaulichung des Vorteils bei der Verwendung von Aktuatoren zeigt 3 das Verhalten dreier unterschiedlicher Aktuatoren (deren Drehmoment im Abhängigkeit vom Drehwinkel) bei einer Spannung von 13,5 Volt und einer Stromstärke von 5 bis 6 Ampere. Abhängig von dem maximal zu erreichenden Drehmoment ist festzustellen, dass das erhaltene Drehmoment vom Aktuator über einen sehr großen Winkelbereich annähernd konstant bleibt. Weiterhin wird das maximale Drehmoment selbst bei kleinen Winkeln deutlich unter 10° erreicht. Beim maximalen Drehmoment von etwa 0,4 Nm kann hier ein Konstanz des vom Aktuator auf das bewegliche Bauteil übertragenen Drehmoments über etwa 70° festgestellt werden. Je höher das maximal beabsichtigte Drehmoment, das vom Aktuator auf das bewegliche Bauteil übertragen werden soll, desto kleiner wird jedoch der Bereich, in dem das übertragene Drehmoment über den entsprechenden Winkel zwischen Rotor und Stator des Aktuators konstant bleibt. Bei relativ hohen Drehmomenten von etwa 1,3 Nm kann das maximale Drehmoment nur noch über einen Winkelbereich von etwa 50° konstant gehalten werden. Abhängig von dem notwendigen Drehmoment und dem Winkel, über welchen dieses konstant bleiben muss, ist es jedoch möglich, den am besten geeigneten Aktuator auszuwählen, sowie die nötige Betriebsspannung und Stromstärke zu bestimmen.
