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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Heißleimauftragssystems, insbesondere auf das sichere Betreiben einer Temperaturregelung eines Heißleimauftragssystems. Diese Erfindung bezieht sich auch auf zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtungen.
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Ein Heißleimauftragssystem, wie dies exemplarisch die
EP 2 054 785 B1 oder die korrespondierende
WO 2008 / 022 708 A1 offenbart, umfasst eine Vorrichtung insbesondere zum Auftragen thermoplastischer Heißleime, auch Schmelzklebstoffe genannt, Dichtstoffe und Wachse. Diese Vorrichtung kann mehrere Komponenten, wie beispielsweise mindestens ein Schmelzgerät, einen oder mehrere beheizbare Heißleimförderschläuche und einen oder mehrere beheizbare Heißleimauftragsköpfe, mindestens eine Pumpe, die den Heißleim aus einem Schmelzer über die beheizten Heißleimförderschläuche zu den beheizten Heißleimauftragsköpfen bzw. -ventilen fördert, und eine elektronische Temperaturregelung, die den oder die Heißleimförderschläuche und/oder die Heißleimauftragsköpfe bzw. -ventile auf eine jeweilige vorbestimmte Soll-Temperatur einregelt, umfassen. Zumindest ein Teil der Komponenten, insbesondere der bzw. die Heißleimförderschlauch/-schläuche und/oder der bzw. die Heißleimauftragskopf/-köpfe können jeweils mindestens einen Temperatursensor aufweisen, der die Ist-Temperatur der jeweiligen Komponente erfasst. Diese erfasste Temperatur kann als eine Eingangsgröße der Temperaturregelung dienen.
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Ein zum Stand der Technik gehörendes Heißleimauftragssystem umfasst ein Schmelzgerät, mindestens einen beheizbaren Förderschlauch und mindestens ein beheizbares Auftragsventil. Das Schmelzgerät kann folgende Komponenten umfassen:
- - einen beheizbaren Tank, in dem der Heißleim in festem Aggregatzustand als Granulat oder in Blockform aufgegeben wird. Er dient zur Bevorratung und Verflüssigung des Heißleims. Mittels einer Heizeinrichtung, die eine oder mehrere Heizzonen aufweisen kann, wird der Tank so weit erwärmt, dass sich der Heißleim verflüssigt. Zur Einhaltung der Betriebstemperatur wird, je nach Anzahl der Heizzonen, über einen oder mehrere Temperatursensoren, auch als Temperaturfühler bezeichnet, die Ist-Temperatur für die Regelung erfasst.
- - eine Pumpe, die den aufgeschmolzenen Heißleim zu den angeschlossenen Verbrauchern fördert.
- - ein Überdruckventil oder Bypass, das bzw. der bei Überschreitung des Betriebsdrucks die Verbraucherseite entlastet und Heißleim in den Tank zurückleitet.
- - einen Filter, der verhindert, dass Partikel mit einer Größe zu den Auftragsventilen gelangen, die zu deren Verstopfung führen könnten.
- - einen Verteiler, der über mehrere Hydraulikanschlüsse verfügt, an die beheizbare Förderschläuche zur Versorgung mit Heißleim angeschlossen werden können.
- - eine elektronische Steuerung mit einer Mehrzonen-Temperaturregelung und - Überwachung und einem Bedien- und Anzeigegerät. Die Mehrzonen-Temperaturregelung und -überwachung sorgt für die Erreichung und Einhaltung der Soll-Temperatur der Tankheizzonen und über mehrere externe Anschlüsse für die Erreichung und Einhaltung der Soll-Temperatur für die angeschlossenen beheizbaren Förderschläuche und beheizbaren Auftragsventile sowie für deren Überwachung. Die elektronische Steuerung kann in das Gehäuse des Schmelzgerätes integriert sein oder Bestandteil eines separaten Schaltschrankes sein, der zumindest über Leitungen oder andere geeignete Signalübertragungswege mit dem Schmelzgerät verbunden ist. Die Temperaturregelung kann aber auch vollständig eigenständig außerhalb des Schmelzgerätes betrieben werden.
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Die beheizbaren Förderschläuche dienen zur Versorgung der Auftragsventile mit flüssigem Heißleim. Sie werden über eine Heizeinrichtung erwärmt, um den vom Schmelzgerät zugeführten Heißleim in flüssigem Zustand zu halten. Zur Einhaltung der Betriebstemperatur wird mit einem Temperatursensor die Ist-Temperatur erfasst und für die Regelung an die Steuerung gemeldet.
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Die beheizbaren Auftragsventile sorgen über ein elektrisch oder elektropneumatisch betätigtes Verschlussorgan und eine Düse für die Dosierung und Positionierung einer auf das zu verklebende Produkt aufzubringenden Heißleimportion. Sie werden über eine Heizeinrichtung erwärmt, um den vom Schmelzgerät über die beheizbaren Förderschläuche zugeführten Heißleim so weit zu verflüssigen, dass er abhängig von der Anwendung mit der benötigten Viskosität und Temperatur über die Düse aufgetragen werden kann. Zur Einhaltung der Betriebstemperatur wird mit einem Temperatursensor die Ist-Temperatur erfasst und für die Regelung an die Steuerung gemeldet.
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Je nach Anwendung kann an das Schmelzgerät eine variable Anzahl von beheizbaren Förderschläuchen und beheizbaren Auftragsventilen mit variabler Heizleistung und Regelverhalten angeschlossen werden. Die Konfiguration des Heißleimauftragssystems kann auch nach der Erstinstallation häufiger wechseln, wenn abweichende Produkte verklebt werden, der Heißleim verändert wird oder nach Ausfall einer der Komponenten eine Ersatzkomponente angeschlossen wird, deren Eigenschaften verschieden von der ausgefallenen Komponente sind.
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Der Tank des Schmelzgerätes eines Heißleimauftragssystems kann auch entfallen oder minimiert werden, wenn zum Beispiel das zugeführte Granulat in einem „Melt-on-Demand“ Verfahren aufgeheizt wird, zum Beispiel durch eine beheizte Förderstrecke und/oder Förderpumpe bzw. Förderschnecke.
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Der Tank des Heißleimauftragssystems kann auch entfallen, wenn der Klebstoff mit einem Fassschmelzer aufgeschmolzen und aus dem Tank über beheizte Förderschläuche zu dem Klebstoff-Auftragsventil oder Klebstoff-Auftragsköpfen gefördert wird.
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Die wesentlichen Bestandteile des Heißleimauftragssystems sind daher mindestens ein mittels einer Heizeinrichtung beheizbarer Förderschlauch und eine mittels einer Heizeinrichtung beheizbare Komponente, mit der der Klebstoff ohne oder mit Berührung des Substrats auf dieses appliziert wird. Diese Komponente kann ein Klebstoffauftragsventil oder eine Schlitzdüse sein. Die Schlitzdüse weist dabei eine Vorrichtung auf, mit der man den Klebstofffluss intermittierend an- oder abschalten kann.
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Heißleime unterliegen bei einer dauerhaften Exposition bei hohen Temperaturen einem thermischen und oxidativen Abbau. Mit zunehmendem Abbau verfärben sich die meist ursprünglich gelb-transparenten Schmelzen zunehmend braun bis schwarz. Der Abbau bzw. Degradation der Schmelzen kann so weit gehen, dass die Schmelze fest wird und verkokt. In der Regel ist ein thermischer und oxidativer Abbau auch mit einer Steigerung der Viskosität verbunden, wodurch die Applikation und Förderung der Schmelzklebstoffe erschwert wird. Die Klebkraft der Schmelzklebstoffe kann unter der Degradation der Schmelzklebstoffe leiden.
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Eine fehlerhafte Temperatursteuerung des Heißleimauftragssystems lässt die Gefahr der thermischen Degradation steigen. Meldet ein Temperatursensor eine niedrigere Temperatur an die Steuerung des Heißleimauftragssystems, überhitzt die Temperatursteuerung den Heißleim und verbrennt diesen. Störungen im Heißleimauftrag und ein hoher Reinigungsaufwand können die Folge sein. Im schlimmsten Fall müssen Komponenten des Heißleimauftragssystems getauscht werden.
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Das Überschreiten der Maximaltemperatur durch einen Fehler in einer Komponente kann zu einem Brand führen. Dieser Brand kann auch in einzelnen Komponenten auftreten, wie Versuche und Simulationen zeigen. Die Brandursache kann in einer Überhitzung des brennbaren Heißleims liegen. Ein fehlerhafter Temperatursensor, der zu niedrige Widerstandswerte, zum Beispiel durch einen Kurzschluss im Temperatursensor oder dessen Zuleitungen, an die Steuerung meldet, kann zu einer Überhitzung führen, da die Steuerung von einem weiteren Heizbedarf ausgeht.
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Es ist folglich aus Sicherheitsgründen wichtig, die korrekte Funktion der Temperatursensoren zu überwachen und Fehler in dem Temperaturmesssystem frühzeitig zu erkennen. Zudem verhindert eine Überwachung der Temperatursensoren eine Überhitzung des Heißleims und die damit verbundene Degradation des Heißleims. Die aufwendige Reinigung eines Heißleimauftragssystems oder einer Komponente eines Heißleimauftragssystems wird dadurch vermieden.
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Die Überhitzung eines Heißleims kann auch zu einem fehlerhaften Auftragsverhalten führen. Die Viskosität der thermoplastischen Heißleime sinkt mit der Temperatur, wobei niedrigviskose Heißleime bei dem Auftrag zum Spritzen neigen. Spritzen kann immer dazu führen, dass Bereiche, die eigentlich klebstofffrei bleiben sollten, mit Klebstoff beaufschlagt werden. Dies kann dazu führen, dass zum Beispiel bei einer Innenverklebung der Lagen einer Verpackung sich letztere nicht mehr öffnen lässt.
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Eine korrekt arbeitende Temperaturregelung ist daher auch von hoher wirtschaftlicher Relevanz.
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Temperatursensoren in einem Heißleimauftragssystems können Platin-Messwiderstände sein, die als Messeffekt die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der Temperatur des Platins anwenden. Platin-Messwinderstände sind in der EN 60751 genormt und werden abhängig von Ihrem Widerstandsbereich als PT100, PT 500 oder PT 1000 bezeichnet.
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Temperatursensoren können auch Thermoelemente sein. Thermoelementen liegt der Effekt zugrunde, dass sich in einem Draht entlang des Temperaturgefälles in Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit eine Ladungsverschiebung einstellt. Bringt man zwei Leiter mit unterschiedlicher Leitfähigkeit in Kontakt, so stellt sich an dieser Stelle die so genannte Thermospannung ein, die als Eingangsgröße der Temperaturregelung dienen kann. Thermoelemente sind unter anderem in der Norm DIN EN 60584-1 beschrieben.
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Temperatursensoren können auch Heißleiter sein. Diese sind Sensoren aus bestimmten Metalloxiden, deren Widerstand mit wachsender Temperatur abnimmt. Da die Temperatur/Widerstandskennlinie fällt, spricht man auch von einem NTC- (Negativ Temperature Coefficient-) Widerstand. Diese sind unter anderem in der Normenreihe DIN EN 60539 beschrieben.
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Die Vorrichtung und das Verfahren sind aber keineswegs auf die Anwendung der vorab beschriebenen Temperatursensortypen beschränkt. Für die Verwirklichung der Erfindung kann ein jeglicher Sensor zur Temperaturerfassung als Temperatursensor eingesetzt werden, der geeignet ist die Temperaturen in den Komponenten des Heißleimauftragssystems zu erfassen. Die ermittelten Werte der Temperatursensoren dienen als Eingangsgröße für die Temperaturregelung.
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Die Temperatursensoren können verschiedene Fehler aufweisen, die das Messergebnis verfälschen können. Die Ursache der Fehler kann in dem Temperatursensor selbst oder in dessen Zuleitungen liegen.
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Auch liegt ein weiteres, typischerweise auftretendes Problem darin, dass die Komponenten eines Heißleimauftragssystems, insbesondere Heißleimschläuche und Klebstoff-Auftragsventile miteinander verbindbar und voneinander lösbar ausgeführt sind und vorhandene elektrische Leitungen - beispielsweise Leitungen zum Anschluss der Temperatursensoren an die Temperatursteuerungen - mit Hilfe von Steckern ebenfalls miteinander verbindbar oder voneinander trennbar sind. Dies ist so vorgesehen, da die Komponenten häufig umgebaut werden, um zum Beispiel die Position der Klebstoff-Auftragsköpfe innerhalb des Heißleimauftragssystems zu verändern. Auch müssen die Leitungen regelmäßig zu Reinigungs- und Wartungszwecken getrennt werden.
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Trotz Einsatz hochwertiger Kontaktmaterialien in den Steckern können die Steckverbindungen durch mangelnden mechanischen Kontakt, durch Korrosion, oder durch andere Beläge an den Kontakten mit der Zeit einen höheren oder veränderten Übergangswiderstand aufweisen. Dieser Übergangswiderstand verfälscht bei Widerstandstemperatursensoren das Messergebnis.
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Auch gehen bei Widerstandstemperatursensoren die Leitungswiderstände der Leitungen in die Messung wie ein zum Temperatursensor in Reihe geschalteter Widerstand ein. Gerade bei großen Längen des Heißleimschlauchs kann dieser Widerstand in einer relevanten Größenordnung das Messergebnis verfälschen.
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Der Einfluss der Messleitung muss daher bei der in Heißleimauftragssystemen üblichen Zweileiteranschlusstechnik berücksichtigt werden, um eine exakte Temperaturerfassung zu gewährleisten. Dies gilt insbesondere, wenn die Übergangswiderstände in den Kontakten lösbarer Steckverbindungen sich mit der Zeit verändern, was zu einer fortschreitend fehlerhaften Temperaturerfassung führen kann, die auch als „Drift“ bezeichnet wird.
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Um den Einfluss der Leitungswiderstände und deren temperaturabhängigen Schwankungen zu verkleinern, kann eine Dreileiter- oder Vierleiter-Anschlusstechnik verwendet werden. Bei der Dreileiteranschlusstechnik dient eine zusätzliche Leitung als Referenz. Über die Referenz lässt sich der Leitungswiderstand in engen Toleranzgrenzen in seinem Betrag und seiner Temperaturabhängigkeit kompensieren. Bei der Vierleitertechnik wird eine separate Messleitung gelegt. Der Spannungsabfall am Temperatursensor wird über die Messleitung abgegriffen. Auch bei der Vierleitertechnik können der Leitungswiderstand und dessen Temperaturabhängigkeit kompensiert werden.
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Die Dreileiter- und Vierleiteranschlusstechnik hat gegenüber der Zweileiteranschlusstechnik den Nachteil, dass bei der Dreileiter-Anschlusstechnik eine zusätzliche Leitung und bei der Vierleiter-Anschlusstechnik zwei zusätzliche Leitungen durch die Komponenten geführt werden. Da die mit den Heißleimschläuchen verbundenen Klebstoff-Auftragsventile in der Regel über die Heißleimschläuche mit der Temperaturregelung verbunden sind, müssten bei der Dreileiterschaltung mindestens zwei zusätzliche Leitungen (eine Leitung für den Heißleimschlauch, eine Leitung für das Klebstoff-Auftragsventil) oder bei der Vieleiter-Technik mindestens vier zusätzliche Leitungen (zwei Leitungen für das angeschlossene Klebstoff-Auftragsventil, zwei Leitungen für den Heißleimschlauch) durch die Heißleimschläuche geführt werden.
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Diese zusätzlichen Leitungen bedingen auch zusätzliche Kontakte in den Steckern, so dass diese eine erhebliche Größe annehmen würden, da auch die Ansteuerung der Heizeinrichtungen, die als Heizpatronen, Heizwendel oder in anderer zur Beheizung der jeweiligen Komponenten geeigneten Weise ausgebildet sein können, in den Komponenten über diese Leitungen und Stecker erfolgt. Aufgrund der hohen anliegenden Spannungen müssen die Kontaktabstände entsprechend groß gewählt werden, um Kriechströme im Stecker zu verhindern. Der Stecker wird dadurch sehr groß und unhandlich.
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Jeder zusätzliche Kontakt steigert zudem die Gefahr eines Fehlers. Jede zusätzliche Leitung in den Heißleimschläuchen erhöht deren Steifigkeit. Die gewünschte hohe Flexibilität der Heißleimschläuche wird dadurch eingeschränkt. Zusätzliche Leitungen verursachen höhere Kosten durch den Materialeinsatz und den Montageaufwand.
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Auch mechanische Fehler oder Fehler in der Isolation eines Temperatursensors können zu einer fehlerhaften Temperaturmessung führen. Ein vollständiger Kabelbruch ist zwar durch eine Open-Load Überwachung einfach zu detektieren. Eine schleichende Veränderung der Widerstandswerte zum Beispiel durch eine schlechte Kontaktierung eines Temperatursensors oder einer Isolationsveränderung eines Temperatursensors oder eine Widerstandsveränderung von dessen Zuleitungen verändern den Messwert und die daraus abgeleitete Temperatur oft jedoch nur langsam, sodass die Verfälschung nicht sofort oder überhaupt nicht detektiert werden kann.
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Erfasst der Temperatursensor fehlerhaft eine Temperatur höher als die tatsächliche Komponententemperatur, wird beispielsweise der Klebstoff nicht ausreichend erhitzt. Die Viskosität des Klebstoffs kann dadurch zu hoch sein, wodurch Störungen im Klebstoffauftrag und verstärktes Fadenziehen erfolgen können. Erfasst der Temperatursensor fehlerhaft eine Temperatur, die unterhalb der tatsächlichen Temperatur liegt, so wird der beispielsweise der Klebstoff überhitzt, mit den oben beschriebenen, möglicherweise eintretenden Folgen.
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Die Ausführungen zeigen, dass eine Veränderung oder Drift der Temperaturerfassung schnell erkannt werden muss, um qualitative Probleme im Klebstoffauftrag oder sogar Gefährdungen zu verhindern.
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Eine Möglichkeit ist es, eine Veränderung oder Drift der mit einem Temperatursensor an einer Komponente durchgeführten Temperaturerfassung durch einen zweiten Temperatursensor in der Komponente zu ermitteln. Hierzu wird ein Wert für eine maximal zulässige Abweichung des von den Temperatursensoren erfassten Temperaturwertes von der tatsächlichen Temperatur in beispielsweise einem Mikrokontroller eines Temperaturreglers hinterlegt und eine Meldung und/oder eine Sicherheitsabschaltung zumindest der die betreffende Komponente beheizenden Heizung ausgeführt, wenn die beiden Temperatursensoren unterschiedliche Werte für die Temperatur anzeigen, deren Differenz größer als der hinterlegte Wert ist.
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Es ist möglich, kontinuierlich den Differenzwert der beiden Temperatursensoren zu überwachen. Auch kann die Differenzbildung diskontinuierlich zu bestimmten, geeigneten Zeitpunkten ausgeführt werden.
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Nachteilig ist jedoch, dass bei der Verwendung von zwei oder mehreren Temperatursensoren die zuvor genannten Nachteile der Leitungsführung in den Komponenten des Heißleimauftragssystems weiterbestehen. Zudem sind mehrere Temperatursensoren in Heißleim-Auftragsventilen baulich schwer zu integrieren, da häufig eine kompakte Bauform der Klebstoff-Auftragsventile erwünscht wird.
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Die Problematik der notwendigen Überwachungen der Temperatursensoren in einer Temperaturregelung eines Heißleimauftragssystems ist aus dem Stand der Technik bestens bekannt.
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Die Druckschrift
US 4 600 124 A offenbart eine Temperaturregelung für ein Heißleimauftragssystem, bei dem die Heizsysteme des Tanks, der Heißleimschläuche und der Klebstoff-Auftragsköpfe aufeinander abgestimmt geregelt werden. Hierzu werden die Temperaturwerte der einzelnen Komponenten über einen Zeitraum integriert, um die Soll-Temperaturen der einzelnen Komponenten aufeinander abgestimmt zu justieren. Ziel ist durch ein kaskadiertes Aufheizen eine optimale Aufheizung des Heißleims zu erreichen. Ein Abgleich der Temperaturregelungen der einzelnen Komponenten erfolgt ausschließlich mit dem Ziel, die Temperaturregelung zu optimieren. Die Druckschrift
US 4 600 124 A offenbart kein Verfahren, um Abweichungen der Temperatursensoren zu detektieren und gegebenenfalls Korrekturmaßnahmen einzuleiten.
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Die Patentschrift
US 7 084 377 B2 offenbart einen Heißleimschlauch, der zwei Temperatursensoren umfasst. Der zweite Temperatursensor wird mit einer Steuerung eines Heißleimauftragssystems verbunden, wenn der erste Temperatursensor des Heißleimschlauchs eine Fehlfunktion zeigt. Die Umschaltung auf den zweiten Temperatursensor erfolgt aufgrund einer Fehlerdetektion durch die Steuerung des Heißleimauftragssystems. Die Werte der beiden Temperatursensoren können auch miteinander verglichen werden, in dem die Steuerung zwischen den beiden Temperatursensoren umschaltet und die ermittelten Werte miteinander vergleicht. Die Lösung der
US 7 084 377 B2 ermöglicht eine Fehlerdetektion eines Temperatursensors, bedeutet aber Mehrkosten und einen höheren Verkabelungsaufwand. Steuerungsseitig müssen ebenso mehr Eingänge vorgesehen werden.
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Die
EP 1 938 161 B1 ,
WO 2008 / 020 929 und
WO 2006 / 121 658 A1 zeigen ein vergleichbares System wie die
US 7 084 377 B2 mit einem zweiten redundanten Temperatursensor. Es weist dieselben Nachteile wie das aus der
US 7 084 377 B2 bekannte System auf.
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Die
EP 1 653 313 B1 schlägt vor, dass bei Versagen eines Temperatursensors in einer Komponente ein Standardheizprofil geladen wird. Dieses Standardheizprofil ist jedoch schwierig zu bestimmen, da der Heizbedarf von vielen Parametern, unter anderem auch von der Klebstoffabnahme, abhängig ist. Zudem müssen Sicherheitsbedenken gegen die Lösung angeführt werden, da eine Überhitzung und damit verbundene Sicherheitsgefahren bei der Anwendung eines Standardheizprofils nicht erkannt werden.
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Die
EP 0 235 399 B1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses oder einer fehlenden Verbindung zu einem Temperatursensor in einem Heißleimauftragssystems, wobei jeder Heizkreis einer Komponente unabhängig von den anderen Heizkreisen betrachtet wird. Das Verfahren ermöglicht auch nicht die Erkennung einer Drift eines Temperatursensors.
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Die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2012 004 262 U1 beschreibt Komponenten eines Heißleimauftragssystems, die in dem Heizkreis eine zusätzliche Übertemperatursicherung aufweisen. Die Übertemperatursicherung soll bei einem Versagen der Temperaturregelung eine Überhitzung des Systems über einen kritischen Wert verhindern. Der Auslösezeitpunkt der Übertemperatursicherung wird typischerweise anhand des Flammpunkts handelsüblicher Heißleime bestimmt. Ziel ist es einen Brand des Heißleimauftragssystems zu vermeiden.
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Die Druckschrift der
DE 20 2006 014 586 U1 zeigt eine Mehrzonen-Temperaturüberwachung für eine Einhaltung einer Solltemperatur eines Heißleimauftragssystems.
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Die Druckschrift der
DE 10 2011 100 737 A1 zeigt eine Auftragsvorrichtung für Heißleim, die zusätzlich in den beheizbaren Schläuchen Temperatursensoren vorsieht.
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Die Druckschrift
US 4 455 474 A beschreibt ein Verfahren zum Auftrag eines Beschichtungsmediums, welches beim Durchlauf durch einen Beschichtungskopf erwärmt wird. Sowohl der Beschichtungskopf als auch die beheizten Schläuche sind jeweils mit einem Temperatursensor versehen, mit dem die Temperatur des Beschichtungsmediums erfassbar ist.
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Die Druckschrift
US 6 738 566 B2 beschreibt einen Schlauch zum Transportieren eines erhitzten Klebstoffs mit einer Temperaturerfassungseinrichtung, die um eine metallische geflochtene Abdeckung gewickelt ist, um die Temperatur der durch das Rohr fließenden Flüssigkeit zu erfassen.
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Der Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Überwachung der Temperatursensoren besteht darin, dass diese meist spezielle Schaltungen zur Auswertung oder zusätzliche Komponenten benötigen. Der Markt der Heißleimauftragssysteme ist ein sehr kompetitiver Markt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen haben sich daher nur eingeschränkt durchgesetzt, da die Lösungen mit höheren Kosten verbunden sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein diesbezüglich verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Heißleimauftragssystems sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung zu schaffen.
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Erfindungsgemäß werden innerhalb eines Heißleimauftragssystems die Werte zumindest eines ersten Temperatursensors mit denjenigen zumindest eines zweiten Temperatursensors, der vorzugsweise in der Nähe des ersten Temperatursensors angeordnet ist, abgeglichen. Es ist dabei gleichgültig, ob die Widerstandswerte, Stromwerte und/oder die daraus abgeleiteten Temperaturwerte zwischen zwei Temperaturfühlern verglichen werden. Bei einer Abweichung der Werte größer als die in der Steuerung hinterlegte Abweichungstoleranzfensters (+/- Toleranz) kann vorzugsweise eine Warnung und/oder eine Abschaltung des Temperaturreglers und/oder des betroffenen Kanals eines Temperaturreglers und/oder eine Abschaltung der gesamten Steuerung des Heißleimauftragssystems erfolgen. Mit der Formulierung „in der Nähe“ ist im Sinne der Erfindung ein maximaler Abstand zwischen den zueinander verglichenen bzw. referenzierten Temperaturfühlern von 100cm, bevorzugt von 50cm und weiterhin bevorzugt von 20cm zu verstehen.
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Wie im Weiteren noch genauer erläutert werden wird, kommt die erfindungsgemäße Lösung ohne zusätzliche Komponenten und/oder Auswerteschaltungen aus. Die vorhandenen Komponenten der Heißleimschläuche und der Auftragsköpfe und deren Auswerteschaltungen werden genutzt und in geeigneter Weise softwaretechnisch verknüpft. Diese Lösung ist wirtschaftlich, steigert aber dennoch die Zuverlässigkeit und damit die Sicherheit der Heißleimauftragssysteme in einem hohen Maße.
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Eine Komponente einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung ist ein beheizbarer Förderschlauch, dessen Temperatursensor in der Nähe des stromabwärts gelegenen kopfseitigen Endes des Heißleimschlauchs montiert ist. Heißleimschläuche haben häufig eine Länge von mehreren Metern, wobei der Heißleim auf der gesamten Förderstrecke mehr oder weniger erhitzt wird. Der stromabwärts ausgangsseitig montierte Temperatursensor hat den Vorteil, dass die ausgangsseitige Temperatur des Heißleims erfasst wird, mit der er in eine angeschlossene Komponente, zum Beispiel ein Klebstoff-Auftragsventil, eingeleitet wird. Bei eingangsseitig oder mittig im Heißleimschlauch montierten Temperatursensoren kann es zu einer Überhitzung des Heißleims kommen.
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Aufgrund der Tatsache, dass die Komponenten Schmelztank, Heißleimschlauch und Klebstoff-Auftragsventil jeweils mindestens einen Temperatursensor aufweisen, könnte man die Temperatursensoren untereinander vergleichen und gegeneinander referenzieren. Dagegen spricht, dass Heißleimschläuche und Klebstoff-Auftragsventile an unterschiedlichen Stellen einer Produktionsmaschine positioniert werden. Häufig sind z.B. Klebstoff-Auftragsventile zum Beispiel in gekapselten Bereichen der Produktionsmaschine positioniert, die eine andere Umgebungstemperatur als andere Bereiche aufweisen. Eine gegenseitige Referenzierung müsste daher mit großen Toleranzbandbreiten der Temperaturabweichung arbeiten, da die Unterschiede in der Umgebungstemperatur zum Zeitpunkt der Referenzierung zum Beispiel zwischen dem Temperatursensor in dem Heißleimschlauch und dem Temperatursensor im dem Heißleimschlauch zugeordneten Klebstoff-Auftragsventil sehr groß sein können.
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Bevorzugt erfolgt der Abgleich beim Einschalten des Heißleimauftragssystems, nachdem alle Komponenten Umgebungstemperatur angenommen haben. Das Abkühlen des Heißleimauftragssystems kann mehrere Stunden dauern, so dass ein gewisser Zeitraum seit dem Abschalten verstrichen sein muss, bevor ein Referenzvergleich zwischen zwei Temperatursensoren erfolgen kann. Dieser Zeitraum kann erfasst werden, indem bei dem Abschalten oder permanent während des aufgeheizten Betriebs der Betriebszeitpunkt in einen Speicher der Steuerung des Heißleimauftragssystems geschrieben wird. Durch dieses Verfahren wird der letzte Zeitpunkt des aufgeheizten Betriebs des Heißleimauftragssystems bei dem Ausschalten des Heißleimauftragssystems festgehalten. Bei dem erneuten Einschalten kann die Steuerung überprüfen, welcher Zeitraum nach dem Zeitpunkt des Abschaltens des Heißleimauftragssystems verstrichen ist. Ist die Zeitdifferenz größer als der in der Steuerung hinterlegte Zeitraum, der für eine vollständige Abkühlung des Heißleimauftragssystems notwendig ist, so wird der Referenzvergleich zwischen zwei Temperatursensoren vorgenommen, und zwar vorzugsweise zwischen zwei räumlich nahe zueinander angeordneten Temperatursensoren. Es kann dann davon ausgegangen werden, dass diese räumlich nahe zueinander angeordneten Temperatursensoren innerhalb gewisser Toleranzen die Umgebungstemperatur messen.
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Der Schmelztank eines Heißleimauftragssystems weist mindestens einen Temperatursensor auf. Für den Fall, dass der Schmelztank mehrere Temperatursensoren aufweist, können diese aufgrund der Annahme, dass der Schmelztank insgesamt und damit die Temperatursensoren ebenfalls die Umgebungstemperatur angenommen haben, untereinander verglichen oder referenziert werden, auch wenn diese an verschiedenen Orten des Tanks platziert wurden.
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Weist der Schmelztank dagegen nur einen Temperatursensor auf, so kann dieser - soweit vorhanden - mit einem auf den Steuerungsplatinen angeordneten Temperatursensor des Heißleimschmelzers verglichen bzw. diese Temperatursensoren gegeneinander referenziert werden. Steuerungsplatinen in Heißleimschmelzgeräten weisen vorzugsweise mindestens einen Temperatursensor auf, der bei Übertemperatur eine Warnung ausgibt, die Leistung drosselt und/oder die Steuerung ganz oder teilweise stilllegt. Hintergrund der Temperaturüberwachung der Steuerung ist, dass eine Übertemperatur der Steuerung ein schnelleres Versagen von Bauteilen nach sich ziehen kann. Dies ist zu vermeiden, da eine Temperaturregelung eines Heißleimauftragssystems aufgrund der Brandgefahren eine hohe sicherheitstechnische Bedeutung hat. Sicherheitstechnische Schaltungen dürfen aber nicht in Temperaturbereichen betrieben werden, für die die Bauteile der Schaltung nicht spezifiziert sind.
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Bei einer Integration der Heißleimsteuerung und des Schmelztanks innerhalb eines Gehäuses können die beiden Temperatursensoren gegeneinander referenziert werden. Gegebenenfalls müssen die erfassten Werte normalisiert werden, wenn beide Temperatursensoren unterschiedliche Widerstandsbereiche aufweisen. Oder die abgeleiteten Temperaturwerte werden miteinander verglichen bzw. referenziert.
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Schwieriger stellt sich die Situation bei den Heißleimschläuchen und Klebstoff-Auftragsventilen dar. Diese können weit weg von dem Schmelzgerät an unterschiedlichen Orten der Produktionsmaschine positioniert sein. Heißleimschlauchlängen von 5-8 m sind nichts Außergewöhnliches. Lokal können andere Temperaturen vorherrschen, z. B. durch eine Kapselung einer Produktionsmaschine.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Temperatursensor in einem Heißleimschlauch möglichst nahe an einem, vorzugsweise dem ausgangsseitigen Ende des Heißleimschlauchs positioniert ist, an dem vorzugsweise ein Klebstoff-Auftragsventil montiert ist. Durch die räumliche Nähe des Temperatursensors des Heißleimschlauchs zu dem Temperaturfühler vorzugsweise des Klebstoff-Auftragsventils kann davon ausgegangen werden, dass für beide Temperaturfühler zum Testzeitpunkt in engen Grenzen die gleichen Umgebungsbedingungen vorherrschen, so dass Werte dieser beiden Temperaturfühler verglichen oder zueinander referenziert werden können.
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Besteht nur die Vergleichsmöglichkeit zwischen zwei Temperatursensoren, so kann bei einer Überprüfung durch Vergleich nur festgestellt werden, dass ein Temperatursensor eine unzulässige Abweichung aufweist. Es kann dann eine Meldung ausgegeben werden, dass die betroffenen Temperatursensoren durch Messung überprüft werden sollen. Anhand der Messung kann der betroffene Temperatursensor ermittelt und ausgetauscht werden. Weisen beide Temperatursensoren keine Abweichung gegenüber dem Soll auf, so muss die Kontaktierung zum Beispiel in den Verbindungssteckern überprüft werden.
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Werden - wie bevorzugt - mehr als zwei Temperatursensoren miteinander verglichen bzw. zueinander referenziert, so kann mit hoher Wahrscheinlichkeit der fehlerhafte Temperaturfühler durch Vergleich bestimmt werden. Weicht ein Wert eines Temperatursensors von den Werten der anderen beiden Temperatursensoren ab, so kann davon ausgegangen werden, dass der betroffene Temperatursensor oder dessen Kontaktierung einen Fehler aufweist. Dies ermöglicht die konkrete Benennung des fehlerhaften Temperatursensors oder der Kontaktstelle.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Schmelztank mit zwei Temperatursensoren, die mit dem Temperatursensor der Steuerung gegeneinander referenziert werden.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine kostengünstige und einfache Überprüfung der Drift und Fehler der Temperatursensoren insbesondere in den Komponenten Heißleimschlauch und Klebstoff-Auftragsventil erreicht. Es müssen hierfür keine zusätzlichen Temperatursensoren in den Komponenten installiert oder neue Leitungen gezogen werden. Dennoch wird ein hoher Grad an Sicherheit erreicht.
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Es kann durch einen Vergleich oder durch die Referenzierung der Werte von zwei Temperatursensoren im Fehlerfall nur festgestellt werden, dass einer der beiden Temperatursensoren in den Komponenten abweichende Werte aufweist. Durch weitere Maßnahmen, wie eine Strommessung, Widerstandsmessung, Impedanzmessung etc. können sich dem Vergleich oder der Referenzierung weitere Analysen zur Eingrenzung des Fehlerorts anschließen.
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Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figur weiter erläutert werden.
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Das in dieser gezeigte und als Ganzes mit 100 bezeichnete Heißleimauftragssystem umfasst folgende Komponenten:
- - Ein Schmelzgerät 1 mit einem beheizbaren Tank 4, in dem Heißleim in festem Aggregatszustand als Granulat oder in Blockform eingegeben und auf eine Temperatur, bei welcher er einen fließ aufweist, erhitzt wird. Der Tank 4 dient somit als Leimreservoir, also zur Bevorratung des Heißleims. Zur Verflüssigung des Heißleims umfasst der Tank 4 eine Heizeinrichtung 13, die eine oder mehrere Heizzonen aufweisen kann. Zur Ermittlung der Ist-Temperatur des Heißleims und zur Ansteuerung der Heizeinrichtung 13 im Sinne des Aufheizens auf einen vorgewählten Sollwert ist wenigstens ein Temperatursensor 12 vorgesehen.
- - Eine Förderpumpe 47, die den aufgeschmolzenen Heißleim zu den angeschlossenen Verbrauchern, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zu zwei Heißleimschläuchen 3 fördert.
- - Eine Leimleitung, die in den gezeigten Ausführungsbeispielen genau einen Hauptstrang 3A mit genau zwei Einzelstränge 3B umfasst, wobei letztere jeweils durch einen Heißleimschlauch 3 gebildet sind.
- - Einen Filter, der verhindert, dass Partikel mit einer Größe, die zur Verstopfung der Auftragsventile 2 führen könnte, zur Verbraucherseite gelangen (in der Figur nicht gezeigt).
- - Einen Verteiler 17, der über mehrere Hydraulikanschlüsse verfügt, an die beheizbare Heißleimschläuche 3 zur Versorgung mit Heißleim angeschlossen sind.
- - Eine elektronische Steuerung 6 mit einer Steuerungselektronik, die eine Mehrzonen-Temperaturregelung und -überwachung umfasst und einem Bedien- und Anzeigegerät. Die Mehrzonen-Temperaturregelung und -überwachung sorgt für die Erreichung und Einhaltung der Soll-Temperatur der Tankheizzonen und über mehrere externe Anschlüsse für die Erreichung und Einhaltung der Soll-Temperatur für angeschlossene beheizbare Heißleimschläuche 3 und beheizbare Auftragsventile 2, sowie für deren Überwachung. Die Heißleimschläuche 3, oder auch Förderschläuche genannt, sind Teil der Leimleitung, über die der Heißleim vom Leimreservoir zur Auftragseinrichtung 8 zuleitbar ist.
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Die beheizbaren Heißleimschläuche 3 dienen der Versorgung der Auftragsventile 2 mit flüssigem Heißleim. Sie verfügen über eigene Heizeinrichtungen 13', 13", um den vom Tank 4 zugeführten Leim in flüssigem Zustand zu halten sowie über eigene Temperatursensoren 12', 12". Zur Einhaltung der Betriebstemperatur wird mit den Temperatursensoren 12', 12" die Ist-Temperatur des Leims erfasst und für die Regelung an die Steuerung 6 gemeldet.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst die Auftragseinrichtung 8 genau zwei beheizbare Heißleimschläuche 3 und genau zwei beheizbare Auftragsventile 2. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Heißleimschläuche 3 und Auftragsventile 2 vorgesehen sein. Die Auftragsventile 2 sorgen über ein elektrisch, elektropneumatisch oder piezoelektrisch betätigtes Verschlussorgan und eine Düse für die Dosierung und Positionierung einer auf einem zu verklebende Substrat 18 aufzubringenden Heißleimportion 24. Sie sind über eigene Heizeinrichtungen 13''', 13'''' beheizbar. Zur Temperaturüberwachung sind Temperatursensoren 12''', 12'''' vorgesehen. Die Heizeinrichtungen 13''', 13'''' werden im Sinne eines Ist-Sollwertabgleichs geregelt, um den vom Tank 4 über die beheizbaren Förderschläuche 3 zugeführten Leim soweit zu verflüssigen, dass er abhängig von der Anwendung mit der benötigten Viskosität und Temperatur über die Auftragsventile 2 aufgetragen werden kann.
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Die Förderschläuche 3 weisen jeweils ein stromaufwärtsseitiges Ende 14, welches an einer ersten Schnittstelle 16 mit dem Tank 4 verbunden ist, und ein stromabwärtsseitiges Ende 15, welches an einer zweiten Schnittstelle 22 mit dem Auftragsventil 2 verbunden ist, auf.
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Wie in der Figur erkennbar ist, sind die beiden Temperatursensoren 12', 12" der beiden Heißleimschläuche 3 in räumlicher Nähe zu den stromabwärtsseitigen Enden 15 - mit anderen Worten: in räumlicher Nähe zu den zweiten Schnittstellen 22 - angeordnet. Sie befinden sich somit jeweils in räumlicher Nähe zum Temperatursensor 12''', 12'''' des jeweils angeschlossenen Auftragsventils 2. Aufgrund dieser räumlichen Nähe ist insbesondere dann, wenn die Heißleimschläuche 3 und die Auftragsventile 2 unbeheizt sind bzw. sich abgekühlt haben, davon auszugehen, dass sich die jeweiligen Temperatursensoren 12',12''' bzw. 12'',12'''' des ersten Heißleimschlauchs 3 und des daran angeschlossenen Auftragsventils 2 bzw. des zweiten Heißleimschlauchs 3 und des daran angeschlossenen Auftragsventils 2 auf derselben Temperatur befinden. Die jeweiligen Temperatursensoren 12',12''' bzw. 12'',12'''' sollten daher dieselben Werte anzeigen. Eventuelle Abweichungen können über die Steuerung 6 detektiert und als Hinweise auf einen Temperatursensorfehler gewertet werden.
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Die Figur zeigt, dass das Heißleimauftragssystem 100 in diesem Ausführungsbeispiel eine Bypassanordnung 9 umfasst. Die Bypassanordnung 9 umfasst ein Bypassventil 9A, welches ein eine Ventilöffnung entweder öffnendes oder verschließendes Verschlussorgan umfasst. Die Bypassanordnung 9 umfasst zudem eine Bypassleitung 9B und einen Rückflusskanal 9C, welche parallel zur Förderpumpe 47 verlaufen. Das Bypassventil 9A ist mit der Bypassleitung 9B verbunden, die ihrerseits mit der Leimleitung verbunden ist. Das Bypassventil 9A ist zudem mit dem Rückflusskanal 9C verbunden, der eine Verbindung zu dem Tank 4 herstellt. Durch die Bypassanordnung 9 ist der Arbeitsdruck und der Überdruck in der Leimleitung abbaubar, da bei geöffneter Ventilöffnung unter Atmosphärenüberdruck stehender Leim aus der Leimleitung durch die Bypassleitung 9B und den Rückflusskanal 9C in den Tank 4 zurückfließt.
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Das Bypassventil 9A kann im Betrieb des Heißleimauftragssystems 100 auch in diesem Ausführungsbeispiel sogleich die Funktion eines Überdruckventils aufweisen, da der der Leimleitung zugeführte Leim gegen das Verschlussorgan unter einem Druck anliegt, der bestrebt ist, das Verschlussorgan im Sinne einer Freigabe der Ventilöffnung zu verlagern.
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Die Bypassanordnung 9 weist einen Luftbereich auf. In diesen, also den Druckluftkanal, wird während der Produktion ein Betriebsluftdruck angelegt. In dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt dies über eine Pneumatikpumpe. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Betriebsluftdruck durch eine externe Druckluftquelle bereitgestellt wird. Die Höhe des Drucks der Druckluft und die Fläche eines Druckluftkolbens sind so aufeinander abgestimmt, dass bei üblichen Betriebsverhältnissen die Bypassanordnung 9 geschlossen ist. Steigt der Leimdruck in der Leimleitung in einen höheren Bereich, dann öffnet die Bypassanordnung 9 und der Leimüberdruck wird abgebaut. Die Bypassanordnung 9 verhindert also in einem Fehlerfall einen gefährlichen, über den üblichen Betriebsdruck hinausgehenden Leimüberdruck. Ein derartiger gefährlicher Überdruck kann insbesondere bei Leim bei Temperaturen mit mehr als 100° zu Verbrennungen, zusätzlich zu den Druckverletzungen, führen. Im schlimmsten Fall könnten Schläuche platzen oder Verbindungen undicht werden. Eine weitere Sicherheitsfunktion besteht darin, dass bei einem Förderpumpenstopp, etwa nach Abschalten des Heißleimauftragssystems 100 oder einem Notstopp, die Druckluft in dem Druckluftkanal abgebaut wird und die Bypassanordnung 9 öffnet.
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Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel des Heißleimauftragssystems 100 sind zwei Durchflusssensoren 5, 5' jeweils zwischen dem Leimverteiler 17 und den Heißleimschläuchen 3 angeordnet und jeweils mit der Steuerung 6 wirkverbunden. In gestrichelten Linien ist ein weiterer denkbarer Durchflusssensor 5" unmittelbar nach der Förderpumpe 47 eingezeichnet.
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Das Heißleimauftragssystem 100, genauer die Steuerung 6, umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine von den Signalen der Durchflusssensoren 5, 5', 5" abhängige Sicherheitsüberwachungseinrichtung 19, die eine Bypassüberwachungseinrichtung und eine Leimleitungsüberwachungseinrichtung umfasst.
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Die Bypassüberwachungseinrichtung ermittelt die Aktivierung der Bypassanordnung 9, anhand der von den Durchflusssensoren 5 detektierten Umkehr der Durchflussrichtung des Leims. Die Bypassüberwachungseinrichtung zeigt eine Aktivierung der Bypassanordnung 9 an dem Bedien- und Anzeigegerät der Steuerung 6 an.
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Die Leimleitungsüberwachungseinrichtung ermittelt anhand eines Vergleichs des durch die Durchflusssensoren 5, 5' ermittelten Istwerts des Durchflusses des Leims mit einem Schwellwert des Durchflusses des Leims, ob von einem Bruch oder einer anderen Undichtigkeit einer Leimleitung auszugehen ist. In diesem Falle erfolgt eine Weitergabe dieser Information an die Steuerung 6 und die Steuerung 6 bewirkt eine Öffnung der Bypassanordnung 9.
