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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Reibwiderstands einer zum Transport von Behältern ausgebildeten Transportbandoberfläche.
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In Behälterbehandlungsanlagen sind Behältertransportvorrichtungen vorgesehen, die Behälter von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation transportieren. Insbesondere für den linearen Transport der Behälter werden Transportbänder verwendet, auf denen die Behälter aufliegen.
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Bei der Überwindung von längeren Strecken werden zudem häufig Transportbandwechsel durchgeführt, so dass Transportbänder beispielsweise abschnittsweise parallel zueinander angeordnet sind und die Behälter über seitliche Führungsgeländer von einem ersten Transportband auf ein zweites Transportband geleitet werden.
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Um einen guten Transport der Behälter zu ermöglichen, ist auf der Oberfläche der Transportbänder ein Schmiermittel aufgetragen. Die Auftragsmenge des Schmiermittels wird derart reguliert, dass das Transportband die Behälter mitnimmt, ein Umkippen der Behälter auf der Transportbandoberfläche aufgrund einer zu starken Haftung jedoch verhindert wird. Das Transportband kann somit unter den Behältern weggleiten.
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Bekannt ist aus der
US 2007/011 96 86 A1 eine Vorrichtung zur Ermittlung des Reibwiderstandes am seitlichen Randbereich eines Transportbandes für Flaschen und eine entsprechende Steuereinrichtung zur Dosierung eines Gleitmittels auf dem Transportband. Eine ebenfalls im Randbereich des Transportbandes ansetzende Vorrichtung zum ermitteln des Widerstandes ist aus der
DE 3340457 A1 bekannt, die den Widerstand mittels eines Potentiometers erfasst. Alternativ hierzu offenbart die
JP H10-221239 A eine Vorrichtung zur Ermittlung des Reibwiderstandes eines Transportbandes für Flaschen, bei der der Transportstrom um die gesamte Vorrichtung herumgeleitet wird.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 015 678 A1 zudem offenbart die grundsätzliche Verwendung von Tiefpassfiltern zur Filterung von Signalen bei der Ermittlung eines Reibwiderstandes an Oberflächen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der der Reibwiderstand einer Transportbandoberfläche besonders einfach und genau bestimmt werden kann.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen eingegeben.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Schmiermittelmenge für einen besonders effizienten Transport der Behälter über den Reibwiderstand an der Transportmitteloberfläche ermittelt werden kann. Dabei sind unter den im Weiteren als Transportbänder bezeichneten Transportmitteln sowohl bandartige Transportmittel als auch Transportketten zum Behältertransport zu verstehen.
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Im Betrieb variiert die aufgetragene Schmiermittelmenge aufgrund unterschiedlichster Ursachen. So kommt es, dass der Schmiermittelauftrag auf der Transportbandoberfläche und somit auch der Reibwert zwischen unterschiedlichen Transportbandabschnitten variieren.
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Auch können auf der Transportbandoberfläche beispielsweise Verschmutzungen vorliegen, die den Reibwiderstand weiter beeinflussen. Für einen besonders effizienten Transport der Behälter ist es daher vorteilhaft, den Reibwiderstand der Transportbandoberfläche fortlaufend im Betrieb des Transportbandes und auf möglichst vielen Transportbandabschnitten zu ermitteln. Hierdurch kann jederzeit ein aktueller Reibwert einzelner Transportbandabschnitte ermittelt und ggf. beeinflusst werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln eines Reibwiderstands einer zum Transport von Behältern ausgebildeten Transportbandoberfläche weist neben einer Sensoreinheit, die zur Ermittlung des Reibwiderstands im Betrieb des Transportbandes und zum Anordnen in einem Transportstrom von auf dem Transportband transportierten Behältern ausgebildet ist und einen in einem Schutzgehäuse angeordneten Sensorkörper zur Auflage auf dem Transportband aufweist, wobei das Schutzgehäuse (7) im Querschnitt ein erstes Ende (4a) aufweist, welches sich keilförmig verjüngt und derart im Transportstrom der Behälter (2) positioniert ist, dass das erste Ende (4a) gegen die Transportrichtung A der Behälter (2) auf dem Transportband (1) zeigt, einen mit dem Sensorkörper verbundenen Kraftaufnehmer zur Lieferung eines Kraftaufnehmersignals und ein frequenzselektives Filter zur Filterung des Kraftaufnehmersignals auf.
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Die Vielzahl der von einem Transportband transportierten Behälter, insbesondere von Flaschen, bildet den Transportstrom, der sich in Transportbandlaufrichtung bewegt und bei dem sich bspw. die einzelnen Behälter berühren. Die Sensoreinheit kann im Transportstrom angeordnet sein, d. h., sie ist bspw. in Laufrichtung des Transportbandes lagefixiert, so dass sie an der Bewegung des Transportbandes nicht teilnimmt. Das Transportband gleitet an, bspw. unter der Sensoreinheit, vorbei.
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Das Schutzgehäuse umschließt dabei den Sensorkörper mindestens so weit, dass die auf dem Transportband transportierten Behälter ausschließlich mit dem Schutzgehäuse und nicht mit dem Sensorkörper in Kontakt kommen, d. h., die Behälter werden am Schutzgehäuse vorbei geführt, so dass der Sensorkörper den Reibwert der Transportbandoberfläche ohne Berührungen durch die Behälter ermitteln kann. Hierdurch werden zum einen Messfehler beim Ermitteln des Reibwertes und zum anderen auch eine Beschädigung oder eine Zerstörung des Sensorkörpers durch die Behälter verhindert.
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Der Kraftaufnehmer ist dazu ausgebildet, eine Zugkraft zu erfassen und kann somit beispielsweise ein elektrisches Signal der momentanen Kraft, d. h. der Auslenkung liefern. Ggf. kann der Kraftaufnehmer die Zugkraft direkt in einen Reibwiderstand, insbesondere einen Reibwert, bspw. in eine Haftreibungszahl und/oder eine Gleitreibungszahl, umwandeln. Weiter kann der Kraftaufnehmer dazu ausgebildet sein, die Zugkraft und/oder einen hieraus ermittelten Wert/Zahl/Signals auf einem Wiedergabegerät bspw. optisch darzustellen und/oder diesen an eine Steuereinheit drahtlos oder drahtgebunden zu übertragen.
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Das frequenzselektive Filter kann das Signal des Kraftaufnehmers verarbeiten, wobei bevorzugt die Filterung eines Analogsignals erfolgt. Alternativ kann das Signal auch vor der Filterung oder ergänzend nach der Filterung digitalisiert werden.
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Durch die Filterung können Störfrequenzen, gedämpft oder ausgefiltert werden, so dass das Signal, das dem zeitlich variierenden Reibwert entspricht, hervorgehoben wird. Durch ein geeignetes Filter kann das Signal geglättet werden. So können bspw. Sprungbewegungen des Sensorkörpers, die unter anderem bei der Verwendung von Transportketten auftreten und entsprechende Störfrequenzen hervorrufen, besonders einfach aus dem Kraftaufnehmersignal herausgefiltert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit die Ermittlung des Reibwertes direkt an sämtlichen Transportbandoberflächenabschnitten, auf denen die Behälter transportiert werden. Hierdurch können Fehlmessungen, bspw. durch Messungen nur an einzelnen Transportbandabschnitten oder bspw. an einem Randbereich des Transportbandes verhindert werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Sensoreinheit mit einer Führungseinheit verbunden, die derart ausgebildet ist, dass die Sensoreinheit in dem Transportstrom der auf dem Transportband transportieren Behälter quer zur Transportrichtung der Behälter bewegbar ist.
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Hierdurch ist es möglich, dass der Sensorkörper über die gesamte Breite eines Transportbandes bzw. über zwei oder mehrere parallel zueinander angeordneten Transportbändern/Transportbandsegmente bewegt wird und die Reibwerte ermittelt.
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Um eine besonders sichere Messung mit der Sensoreinheit durchzuführen, weist nach einer Weiterbildung der Erfindung die Führungseinheit eine über mindestens ein Transportband ragende Führungsbrücke und mindestens einen mit der Sensoreinheit verbundenen Führungsschlitten auf, wobei der Führungsschlitten an der Führungsbrücke bewegbar gelagert ist.
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Die Führungsbrücke ist oberhalb der Transportbandoberfläche angeordnet und kann in Transportbandlaufrichtung ortsfest positioniert sein. Die Führungsbrücke ist dabei bspw. gerade ausgebildet und quer zur Laufrichtung des Transportbandes, d. h. in einem Winkel von 90° zum Transportband, angeordnet. Auch kann die Führungsbrücke diagonal mit bspw. einem Winkel zwischen 5° bis 85° zwischen der Führungsbrücke und der Transportbandlaufrichtung angeordnet sein.
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Die Führungsbrücke kann auch als über das Transportband ragender Führungsarm ausgebildet sein. Dieser kann beispielsweise beweglich gelagert sein, so dass der Winkel zwischen dem Führungsarm und der Transportbandlaufrichtung individuell einstellbar ist. Gegebenenfalls kann die Führungsbrücke oder der Führungsarm auch in der Höhe verstellbar ausgebildet sein, wodurch der Abstand zwischen dem Führungsarm und der Oberfläche des Transportbandes veränderbar ist.
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Der Führungsschlitten kann an der Führungsbrücke entlang gleiten. Hierfür kann der Führungsschlitten bspw. eine Gleitlagerung oder eine Rollenlagerung aufweisen, die an der Führungsbrücke angreift. Die Führungsbrücke kann bspw. als Laufschiene oder auch als Laufrohr ausgebildet sein.
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Vorteilhaft weist der Führungsschlitten einen Antrieb auf, der bspw. manuell durch eine handhabende Person oder auch durch eine automatisch arbeitende Steuereinheit aktivierbar/steuerbar ist. Dabei kann die Steuereinheit bspw. die Bewegungsrichtung, Bewegungsgeschwindigkeit und/oder die Verweildauer (die der Messdauer der Sensoreinheit entsprechen kann) des Führungsschlittens an einer Position steuern.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Schutzgehäuse im Querschnitt ein erstes Ende auf, das keilförmig zusammenläuft und derart im Transportstrom der Behälter positioniert ist, dass das Schutzgehäuse mit dem keilförmigen ersten Ende gegen die Transportrichtung der Behälter auf dem Transportband zeigt.
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Durch die keilförmige Ausführung werden die auf das Schutzgehäuse, bspw. frontal auftreffenden Behälter, um das Schutzgehäuse herum geleitet. Dabei werden die Kontakt-Erschütterungen an der Sensoreinheit minimiert, so dass die Reibwiderstandsmessung weitestgehend unbeeinflusst durch die Behälter erfolgt.
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Unter einer keilförmigen Form kann jede sich in Richtung des ersten Endes des Schutzgehäuses verjüngende Querschnittsform verstanden werden. So kann das Gehäuse am ersten Ende bspw. auch Spitz zusammenlaufen, abgerundet sein oder mehrteilige Keilflächen aufweisen.
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Die Keilflächen können gerade oder bspw. auch bogenförmig ausgebildet sein. So kann das Schutzgehäuse im Querschnitt oval oder parallelogrammartig, bspw. rautenförmig, ausgebildet sein. Insbesondere bevorzugt weist es im Querschnitt die Form eines Schiffes auf, d. h., es hat am ersten Ende die Form einer halben Raute und ist am zweiten Ende bogenförmig, alternativ bspw. auch gerade, ausgebildet.
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Zur Messung des Reibwiderstandes ist der Sensorkörper besonders bevorzugt als ein Schleifkörper zur Auflage auf der Oberfläche des Transportbandes ausgebildet.
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Der Schleifkörper wird zum Messen auf die Transportbandoberfläche aufgelegt, so dass er von dem Transportband in Transportbandlaufrichtung mitgenommen wird, bzw. das Transportband an einer Oberfläche des Schleifkörpers entlang gleitet und eine Kraft, insbesondere eine Zugkraft, in Transportbandlaufrichtung an dem Schleifkörper wirkt.
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Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, kann der Schleifkörper an die jeweiligen von dem Transportband transportierten Behälter angepasst sein. So kann der Schleifkörper bspw. derart ausgebildet sein, dass er mit der gleichen Kraft je Fläche auf die Transportbandoberfläche drückt.
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Besonders bevorzugt weist der Schleifkörper eine Schleiffläche auf, die insbesondere auswechselbar am Schleifkörper angeordnet ist. Die Schleiffläche kann in ihrer Struktur, Oberfläche und/oder Zusammensetzung, bspw. auch in ihrer Materialart, an die Behälteroberfläche angepasst sein. So kann bei einem Transport von Behältern aus PET-Kunststoff der Schleifkörper eine entsprechende PET Oberfläche aufweisen.
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Eine auswechselbar am Schleifkörper angeordnete Schleiffläche ermöglicht zudem, den Schleifkörper besonders einfach auch bei unterschiedlichen Behältern zuverlässig einsetzen zu können, da es bei einem Behälterwechsel ausreicht, die Schleiffläche am Schleifkörper auszutauschen.
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Um die am Schleifkörper angreifende Kraft durch die Mitnahme des Transportbandes besonders einfach zu erfassen, ist der Schleifkörper nach einer Weiterbildung der Erfindung über eine Kopplungseinheit mit einem Kraftaufnehmer verbundenen.
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Somit wirkt über den Schleifkörper, der auf dem sich bewegenden Transportband aufliegt, eine Zugkraft auf den Kraftaufnehmer, die über die Kopplungseinheit übertragen wird.
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Die Kopplungseinheit ist mit dem Kraftaufnehmer und mit dem Sensorkörper bspw. lösbar verbunden. Dabei kann die Lagerung weitestgehend starr ausgebildet sein, um bspw. ein Schwingen oder Taumeln des Schleifkörpers im Schutzgehäuse quer zur Transportbandlaufrichtung zu verhindern. Vorteilhaft ist die Kopplungseinheit zweiteilig durch eine Schlinge und eine mit der Schlinge verbundene Öse ausgebildet. Dabei umschlingt die Schlinge den Schleifkörper, der mittels der Öse an dem Kraftaufnehmer befestigt ist.
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Die Schlinge und die Öse können aus Kunststoff ausgebildet sein. Hierfür sind bspw. die Kunststoffe Polyethylen, Polypropylen oder Polyethylenterephthalat besonders geeignet. Dabei können die Schlinge und die Öse aus dem gleichen Kunststoff oder auch aus verschiedenen Kunststoffen bestehen.
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Besonders geeignet sind Kunststoffschlingen mit einer Breite von ca. 3 mm +/– 0,5 mm und einer Dicke von ca. 1 mm +/– 0,25 mm und Ösen mit einer Breite von ca. 2 mm +/– 0,25 mm und einer Dicke von 0.5 +/– 0,15 mm.
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Alternativ können die Schlinge und/oder die Öse auch aus einem anderen Material bestehen. So kann bspw. eine Metallschlinge und/oder eine Metallöse, die insbesondere aus einem Stahl bestehen, verwendet werden.
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Anstatt einer zweiteiligen Ausbildung der Kopplungseinheit kann diese auch einteilig ausgebildet sein. So kann die Kopplungseinheit aus einer Schraube mit ösenartigem Kopf bestehen, die bspw. in den Sensorkörper einschraubbar ist. Hierbei wird der Sensorkörper über die Öse direkt an den Kraftaufnehmer gekoppelt. Auch kann die Kopplungseinheit nur aus einer Schlinge bestehen, die direkt an den Kraftaufnehmer gekoppelt ist.
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Damit die auf den Kraftaufnehmer übertragene Zugkraft möglichst wenig oder keine Schwingungskomponenten der Kopplungseinheit erfasst, ist die Kopplungseinheit insbesondere in Laufrichtung des Transportbandes elastisch, d. h. federnd ausgeführt.
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Dabei sollte die Kopplungseinheit eine deutlich größere Federsteifigkeit aufweisen als der Kraftaufnehmer. Das Verhältnis der Federsteifigkeit zwischen der Kopplungseinheit und dem Kraftaufnehmer beträgt vorteilhaft mindestens 1:1,4, bevorzugt mindestens 1:2,5, besonders bevorzugt mindestens 1:5 und vorzugsweise mindestens 1:11.
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Somit sind bspw. bei einem Kraftaufnehmer mit einer Federsteifigkeit von ca. 14.000 N/m Kopplungseinheiten mit einer Federsteifigkeit zwischen 20.000 N/m bis 100.000 N/m ggf. bis 150.000 N/m besonders geeignet.
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Insbesondere bei einer Ausbildung der Kopplungseinheit aus einem System aus Schlinge und Öse kann diese eine Federsteifigkeit zwischen 40.000 N/m bis 60000 N/m aufweisen.
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Dabei können die Federsteifigkeiten unabhängig vom ausgewählten Material und/oder der Ausbildung der Kopplungseinheit als einteilige oder zweiteilige Kopplungseinheit beibehalten werden. So sollte eine Kopplungseinheit, die bspw. nur aus einer Schlinge oder nur aus einer Öse (Schraube mit ösenartigem Kopf) besteht, die gleiche Federsteifigkeit besitzen wie eine Kopplungseinheit aus Schlinge und Öse.
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Bei einer besonders geringen Federsteifigkeit von weniger als 20.000 N/m wird bei einer Belastung durch eine Zugkraft von der Kopplungseinheit ein großer Kraftanteil aufgenommen, so dass mit dem Kraftaufnehmer verfälschte Werte ermittelt werden.
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Abhilfe kann in diesem Fall aber dadurch geschafft werden, dass ein Kraftaufnehmer mit niedriger Federkonstante, beispielsweise mit 5.000 N/m, verwendet wird.
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Ist die Federsteifigkeit der Kopplungseinheit und insbesondere des Systems Kunststoffschlinge/Kunststofföse zu hoch, bspw. über 150.000 N/m arbeitet die Kopplungseinheit nicht mehr zufrieden stellend, weil es aufgrund der zu starren Kopplung zu zu starken Sprungbewegungen des Schleifkörpers kommt. Als zu starke Sprungbewegungen werden Sprungbewegungen angesehen, bei denen sich der Schleifkörper insbesondere ca. 1 mm oder mehr von der Oberfläche abhebt.
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Diese Sprungbewegungen können bspw. einerseits von den Zwischenräumen der Kettenglieder des Transportbandantriebs ausgelöst werden und andererseits durch den Oberflächenzustand der Kettenglieder bzw. der Bandoberfläche selbst. Auch die Laufruhe der Kette spielt bei zu hoher Federsteifigkeit der Kopplung eine wichtige Rolle. Eine senkrecht zur Transportrichtung um +/–0,5 mm schlagende Kette erfordert bspw. Federsteifigkeiten der Kopplung unter 100.000 N/m.
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Um eine besonders hohe Messgenauigkeit zu erreichen, weist die Kopplungseinheit (auch unabhängig vom Material) außerdem ein viskoelastisches Verhalten auf, wodurch es nach einer Dehnung der Kopplungseinheit zu einer Rückdehnung kommt. Die Rückdehung beträgt vorzugsweise 63% in einem Zeitraum von 0,05 Sekunden bis 0,5 Sekunden. So kann eine Kopplungseinheit mit einer Federsteifigkeit von 40.000 N/m, die bspw. aus einer Kunststoffschlinge und Kunststofföse gebildet ist, eine Rückdehnung von 63% in 0,1 Sekunden aufweisen.
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Da die gesuchte Änderung des Reibwerts zeitlich eher langsam erfolgt, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung ein Tiefpass-Filter bevorzugt, mit dem Signalanteile höherer Frequenzen gedämpft werden. Störungen können sich insbesondere durch ein Schwingen des Systems aus Sensorkörper, Kopplungseinheit und Kraftaufnehmer ergeben. Es ist daher besonders bevorzugt, ein Tiefpass-Filter zu verwenden, dessen Grenzfrequenz unter der Eigenfrequenz dieses Systems liegt. In bevorzugten Ausführungen wurden – abhängig von der Auslegung, insbesondere der Federsteifigkeit des Kraftaufnehmers – Eigenfrequenzen im Bereich von ca. 3,5–60 Hz ermittelt. Als Grenzfrequenz eines Tiefpassfilters kann bspw. ein Wert im Bereich von 0,25–2 Hz gewählt werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sensoreinheit eine Steuereinheit zur Signalverarbeitung auf, die dazu ausgebildet ist, aus einem von dem Kraftaufnehmer empfangenen Signal den Reibwiderstand, insbesondere einen Reibwert, bspw. eine Haftreibungszahl und/oder eine Gleitreibungszahl, zu ermitteln und diesen mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen.
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Der Schwellenwert kann als besonders geeigneter Wert für jede Behälterart oder Behältergattung ermittelt werden. Bei diesem Wert kann es sich bspw. um einen Reibwert handeln, bei dem die Behälter von der Transportbandoberfläche besonders schnell transportiert werden und ein Umkippen der Behälter weitestgehend verhindert wird.
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Vorteilhaft wird zum Vergleich mit dem aus dem Kraftaufnehmersignal ermittelten Reibwiderstand ein Intervall mit einem maximalen und einem minimalen Schwellenwert benutzt. Dabei kann die Steuereinheit bspw. bei einem Überschreiten und oder einem Unterschreiten des Schwellenwerts/Intervalls ein Signal anzeigen, dass einen nicht optimalen, bspw. nicht im Intervall liegenden Reibwiderstand der Transportbandoberfläche signalisiert.
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Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, bei einem Überschreiten und/oder Unterschreiten des Schwellenwertes oder des Schwellenwertbereichs eine Transportbandschmiermittelabgabevorrichtung anzusteuern und eine Schmiermittelabgabe auf das Transportband anzupassen.
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Die Transportbandschmiermittelabgabevorrichtung kann bspw. in Transportbandlaufrichtung vor der Sensoreinheit angeordnet sein, wodurch eine besonders schnelle und exakte Schmiermittelangabe erfolgen kann. Alternativ oder ergänzend ist eine der Sensoreinheit nachfolgende Anordnung ausführbar. Die von der Steuereinheit eingeleitete Schmiermittelangabe erfolgt somit vollautomatisch.
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Bei einer zusätzlichen Erfassung der Abweichungsgröße des erfassten Reibwiderstands vom optimalen Reibwiderstand kann die Steuereinheit bspw. weiter dazu ausgebildet sein, auch die Menge an Schmiermittel besonders exakt zu dosieren, so dass bspw. bei einem geringfügig zu hohen Reibwert weniger Schmiermittel aufgetragen wird, als bei einem deutlich zu hohen Reibwert.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt:
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1 schematisch in einer Draufsicht ein Transportband mit einem Transportstrom aus Getränkeflaschen und einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Reibwiderstandes;
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1a schematisch in einer Draufsicht eine alternative Anordnung von Transportbändern mit der Vorrichtung zum Ermitteln eines Reibwiderstandes aus 1;
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2 schematisch in einer Seitenansicht eine Sensoreinheit und eine Führungseinheit aus 1 und 1a;
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3 schematisch in einem teilweisen Querschnitt die Sensoreinheit aus 1, 1a und 2;
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4 schematisch den auf einem Transportband aufliegenden Sensorkörper mit Kraftaufnehmer aus 3.
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1 zeigt schematisch in einer Draufsicht die Oberfläche 14 eines Transportbandes 1, dass aus fünf einzelnen nebeneinander laufenden Transportbandsegmenten 1a–1e besteht. Die Transportbandsegmente sind als mehrgliedrige Transportketten ausgebildet. Das Transportband 1 bewegt sich in Richtung A (hier durch einen Pfeil dargestellt) und befördert eine Vielzahl von Flaschen 2, in diesem Fall Getränkeflaschen aus Glas. Alternativ könnten bspw. auch PET-Flaschen transportiert werden.
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Über dem Transportband 1 ist eine Führungseinheit 3a mit einer Führungsbrücke 3 angeordnet, die als stangenförmiges, im Querschnitt rundes, Gleitrohr ausgebildet ist. Die Führungsbrücke 3 ragt jeweils seitlich über das Transportband 1 und ist quer zur Laufrichtung A ausgerichtet positioniert.
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Unterhalb der Führungsbrücke 3 befindet sich eine Sensoreinheit 4 mit einem Schutzgehäuse 7 im Transportstrom der Flaschen 2. Das Schutzgehäuse ist im Querschnitt schiffförmig, d. h., ein Abschnitt an einem ersten Ende ist sich verjüngend (keilförmig) ausgebildet. Seitliche Flanken (Keilflanken) des sich verjüngenden Abschnittes sind gerade.
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An einen dem ersten Ende gegenüberliegendem zweiten Ende ist die Sensoreinheit 4 im Querschnitt bogenförmig (halboval) ausgebildet.
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Die Sensoreinheit 4 ist mit einem Führungssteg 5 (2) verbunden, der an einem ersten Ende eine als Führungsschlitten 6a ausgebildete Auflagerbuchse 6 aufweist. Die Auflagerbuchse 6 ist mit einem Gleitlager auf die rohrförmige Führungsbrücke 3 aufgeschoben und zum Entlanggleiten an dieser in Längsachsenrichtung der Führungsbrücke 3 und somit quer zur Laufrichtung A des Transportbandes 1 ausgebildet. An einem zweiten Ende ist der Führungssteg 5 an das Schutzgehäuse 7 der Sensoreinheit 4 gekoppelt.
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1a zeigt eine alternative Anordnung von Transportbändern 1. Dabei ist ein erstes Transportband 1a abschnittsweise parallel 21 zu einem zweiten Transportband 1b angeordnet. Um die auf dem ersten Transportband 1a transportierten Behälter 2 auf das zweite Transportband 1b zu leiten, sind im Bereich des parallelen Abschnitts 21 seitliche Führungsgeländer 20 an den Transportbändern 1a, 1b angeordnet. Diese führen die zwischen ihnen entlang transportieren Behälter 2 über einen bogenförmigen Abschnitt 22 von dem ersten Transportband 1a auf das zweite Transportband 1b.
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In Transportbandrichtung A ist im Anschluss an den bogenförmigen Abschnitt eine Führungseinheit 3a und eine Sensoreinheit 4 angeordnet, die in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise der Führungseinheit 3 und der Sensoreinheit 4 aus 1 entsprechen.
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3 zeigt die Sensoreinheit 4 aus 1, 1a und 2. Das Schutzgehäuse 7 ist mit dem Führungssteg 5, wie bereits zur 2 erläutert, verbunden, wobei der Führungssteg 5 in das Schutzgehäuse 7 hineinragt. An dem der Auflagerbuchse 6 gegenüberliegendem Ende des Führungsstegs 5 sind ein Kraftaufnehmer 8 und eine Steuereinheit 9 angeordnet.
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Der Kraftaufnehmer 8 ist über eine Kopplung 10 mit einem Sensorkörper 11 verbunden. Die Kopplung 10 besteht aus einer Kunststofföse, die rund ausgebildet und mit einer den Sensorkörper 11 umschlingen Schlinge (hier nicht dargestellt) verbunden ist.
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An der Unterseite 12 des als Schleifkörpers ausgebildeten Sensorkörpers 11 ist eine austauschbare Schleiffläche 13 angeordnet. Die Schleiffläche 13 kann an die von dem Transportband 1 zu transportierenden Behälter 2 angepasst sein. In diesem Fall besteht die Schleiffläche aus Glas, welches in seiner Zusammensetzung und Strukturierung an die Unterseite der Flaschen 2 angepasst ist. Alternativ oder ergänzend kann der Schleifkörper derart an die Glasflaschen angepasst sein, so dass er mit der gleichen Kraft/Fläche auf die Transportbandoberfläche aufdrückt wie die Glasflaschen.
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Durch die Austauschbarkeit der Schleifflächen 13 ist es möglich, den Reibwiderstand bezogen auf die zu transportierenden Behälter 2 zu ermitteln. So kann beispielsweise bei einem Wechsel der Behälter 2 von Glas- auf PET-Flaschen auch die Schleiffläche 13 ausgetauscht und eine PET-Schleiffläche an die Unterseite 12 des Sensorkörpers 11 angeordnet werden. Hierdurch wird der Reibwert besonders exakt ermittelt, da er speziell bezogen auf die zu transportierenden Behälter 2 erfasst werden kann. Alternativ kann bspw. auch der Schleifkörper 11 austauschbar ausgebildet sein.
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Im Betrieb wird die Schleiffläche 13 auf die Bandoberfläche 14 (4) aufgesetzt. Das sich in Bandlaufrichtung A bewegende Transportband 1 greift an der Schleiffläche 13 an, sodass der Sensorkörper 11 in Bandlaufrichtung A mitgenommen wird. Hierdurch entsteht eine Zugkraft, die über die Kopplungseinheit 10 auf den Kraftaufnehmer 8 übertragen und von diesem erfasst wird. Der Kraftaufnehmer 8 ermittelt die Zugkraft und leitet ein Signal (hier nicht dargestellt) an die Steuereinheit 9 weiter.
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Der Kraftaufnehmer 8 liefert den jeweils momentanen Wert der Auslenkung als analoges elektrisches Signal. Dieses wird zunächst durch ein analoges Filter mit Tiefpass-Charakteristik gefiltert, um das Signal zu glätten und um Störungen zu reduzieren, die insbesondere durch das Schwingen des Systems auftreten können. Als Eigenfrequenzen eines Kraftaufnehmers mit einer Federsteifigkeit von 5000 N/m wurde eine Eigenfrequenz von 10 Hz ermittelt, bei einer Federsteifigkeit von 40000 N/m eine Eigenfrequenz von 28 Hz. Ein geeignetes analoges Tiefpass-Filter hat eine Grenzfrequenz von 1,6 Hz bei einer Flankensteilheit von 12 dB pro Oktave. Alternative Filter mit geringerer Flankensteilheit erfordern geringere Grenzfrequenzen, bspw. 0,25–1,5 Hz für 6 dB-Filter, während bei höherer Flankensteilheit von bspw. 18 oder 24 dB höhere Grenzfrequenzen gewählt werden können, die aber stets unterhalb der Eigenfrequenz des Systems sein sollten.
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Sobald die Haftreibung zwischen der Schleiffläche 13 und der Oberfläche 14 des Transportbandes 2 überwunden ist, setzt eine Reibung zwischen der Schleiffläche 13 und der Transportbandoberfläche 14 ein. Aufgrund der geringeren Gleitreibungskraft gegenüber der Haftreibungskraft bewegt sich der Sensorkörper 11 wieder geringfügig zurück gegen die Bandlaufrichtung A in Richtung des Kraftaufnehmers 8.
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Aufgrund des sich zurück gegen die Bandlaufrichtung A bewegenden Sensorkörpers 11 steigt die Haftung zwischen der Schleiffläche 13 und der Bandoberfläche 14 an. Sobald die Reibkraft zwischen der Transportbandoberfläche 14 und der Schleiffläche 13 größer als die Gleitreibkraft ist, wird der Sensorkörper 11 wieder in Bandlaufrichtung A von dem Transportband 2 mitgenommen. Hierdurch entsteht eine oszillierende Bewegung 17 (angedeutet durch einen Doppelpfeil) des Sensorkörpers 11, die der Kraftaufnehmer 8 aufnimmt und an die Steuereinheit 9 weiterleitet. Der Sensorkörper 11 bewegt sich innerhalb des Schutzgehäuses 7.
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Damit keine Schwingung der Kopplungseinheit 10 durch eine bspw. zu elastische Kopplungseinheit 10 und auch keine sprunghafte Bewegung in der Kopplungseinheit 10 durch eine zu steife Kopplungseinheit 10 entsteht, ist diese aus einem harten, jedoch elastischen Kunststoff ausgebildet. Dabei weist die Kopplungseinheit 10 eine Federsteifigkeit von 40.000 N/m und der Kraftaufnehmer 8 eine Federsteifigkeit von 14.000 N/m auf. Um ferner eine Taumelbewegung des Sensorkörpers 11 in dem Schutzgehäuse 7 zu verhindern, ist die Kopplungseinheit 10 sowohl am Kraftaufnehmer 8 als auch am Sensorkörper 11 fest eingespannt, d. h. unbeweglich mit diesen verbunden.
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Die Oszillationsbewegung des Sensorkörpers 11 erzeugt eine oszillierende Zugkraft am Kraftaufnehmer 8, d. h. die Zugkraft wechselt in ihrer Stärke. Diese vom Kraftaufnehmer 8 übertragenen und von der Steuereinheit 9 aufgenommenen Daten werden entsprechend ausgewertet, so dass ein Reibwert, in diesem Fall eine Gleitreibzahl und eine Haftreibzahl, zwischen der Schleifoberfläche 13 und der Transportbandoberfläche 14 ermittelt wird.
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Um eine optimale Reibung zwischen dem Flaschenboden und der Transportbandoberfläche 14, auf dem die Flaschen 2 stehen, zu erreichen, d. h. die Transportbandoberfläche 14, auf der einen Seite keine zu hohe Reibung aufweist, da in diesem Fall die Flaschen gerade bei einem Wechsel des Transportbandes 1 umfallen würden und auf der anderen Seite die Reibung nicht zu niedrig sein darf, da in diesem Fall die Flaschen 2 nicht vernünftig von der Transportbandoberfläche 14 mitgenommen werden, ist eine Transportbandschmiermittelabgabevorrichtung 15 angeordnet, die bspw. ein Trockenschmiermittel 16 auf die Transportbandoberfläche 14 aufträgt.
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Durch bspw. Versuche wurde ein optimaler Reibwert eines mit Trockenschmiermittel 16 versehenen Transportbandes 1 und dem Boden der Glasflaschen 2 ermittelt. Dieser Reibwert ist in der Steuereinheit 15 hinterlegt. Im Betrieb ermittelt die Steuereinheit 15 über die Zugkraftaufnahme am Sensorkörper 11 den aktuellen Reibwert zwischen der Transportbandoberfläche 14 und der Schleiffläche 13 und vergleicht diesen mit dem optimalen Reibwert für die jeweiligen transportierten Behälter. Dabei sind Schwellenwertbereiche, deren maximale und minimale Grenzen oberhalb und unterhalb des optimalen Reibwerts liegen, vorgesehen, die weder überschritten noch unterschritten werden sollen.
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Sobald die Steuereinheit 9 einen aktuellen Reibwert zwischen der Schleiffläche 13 und der Transportbandoberfläche 14 ermittelt, der höher ist als der maximale Wert des Schwellenwertbereichs oder des Schwellenwertes, d. h. die Reibung zwischen der Transportbandoberfläche 14 und der Schleiffläche zu hoch ist, steuert die Steuereinheit 9 die Transportbandschmiermittelabgabe 15 an, so dass diese den Auftrag von Trockenschmiermittel 16 auf die Transportbandoberfläche 14 erhöht.
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Bei einem unterhalb des minimalen Wertes des Schwellenwertbereichs ermittelten Reibwertes, steuert die Steuereinheit 9 die Transportbandschmiermittelabgabe 15 ebenfalls an und verringert den Auftrag an Schmiermittel 16 auf die Transportbandoberfläche 14.
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Transportbänder 1 sind üblicherweise sehr breit, so dass eine Vielzahl von Behältern 2 nebeneinander mit dem Transportband 1 transportiert werden. In diesem Fall besteht das Transportband 1 sogar aus einer Vielzahl von Transportbandsegmenten 1a–1e. Um den Reibwert über die gesamte Breite des Transportbandes 1 ermitteln zu können, ist die Sensoreinheit 4 an der oberhalb des Transportbandes und quer zur Transportbandrichtung A verlaufenden Führungsbrücke 3 angeordnet. Die Auflagebuchse 6 ist so an der Führungsbrücke 3 angeordnet, dass sich diese an der Führungsbrücke 3 in Längsachsenrichtung entlang bewegen kann. Hierdurch wird die mit der Auflagebuchse 6 verbundene Sensoreinheit 4 quer zur Laufbandrichtung A über die Transportbandoberfläche 14 bewegt. Dabei ermittelt die sich über die Transportbandoberfläche 14 bewegende Sensoreinheit 4 den Reibwert der Transportbandoberfläche 14 über die gesamte Breite des Transportbandes 1, in diesem Fall die Reibwerte jedes einzelnen Transportbandsegments 1a–1e und übermittelt diese an die Steuereinheit 9.
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Damit die sich im Transportstrom der Behälter 2 bewegende Sensoreinheit 4 möglichst einfach durch den Transportstrom bewegt werden kann und die Behälter 2 möglichst wenig Erschütterungen an dem Sensorkörper 11 beim Anstoßen erzeugen, ist das Schutzgehäuse 4 im Querschnitt an einem ersten Ende 4a keilförmig (1) ausgebildet. An dem dem ersten Ende 4a gegenüberliegenden zweiten Ende 4b weist die Sensoreinheit 4 einen runden Querschnitt auf.
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Die Sensoreinheit 4 ist derart im Transportstrom der Behälter 2 angeordnet, dass sie mit ihrem ersten Ende 4a gegen die Laufrichtung A des Transportbandes 1 und mit ihrem zweiten Ende 4b in Laufrichtung A des Transportbandes 2 zeigt. Durch die keilförmige Ausführung des Schutzgehäuses (siehe Sensoreinheit 4) gleiten die auf die Sensoreinheit 4 treffenden Behälter 2 rechts und links an der Sensoreinheit 4 vorbei.
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Ergänzend wäre es beispielsweise auch möglich, zwischen dem Befestigungssteg 5 und dem Schutzgehäuse 7 eine Dämpfung anzuordnen oder das Schutzgehäuse vom Sensorkörper zu entkoppeln, damit die Stöße der Behälter 2 an das Schutzgehäuse 7 abgedämpft werden und die an das Schutzgehäuse 7 angreifenden Behälter 2 keinen Einfluss auf der Messung des Sensorkörpers 11 nehmen.
