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Die vorliegende Erfindung betrifft ein entlang einer Förderstrecke und/oder Bewegungsbahn innerhalb einer Verpackungsmaschine und/oder einem Handhabungs- und/oder Förderabschnitt bewegliches Förderelement und/oder Formatteil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Lageerfassung eines entlang einer Förderstrecke und/oder Bewegungsbahn innerhalb einer Verpackungsmaschine und/oder einem Handhabungs- und/oder Förderabschnitt beweglichen Förderelementes und/oder Formatteils mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 11. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Sensoranordnung zur Lageerfassung eines entlang einer Förderstrecke und/oder Bewegungsbahn innerhalb einer Verpackungsmaschine und/oder einem Handhabungs- und/oder Förderabschnitt beweglichen Förderelementes und/oder Formatteils mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 17.
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In der Verpackungsindustrie sind Verfahren zur Zusammenfassung einzelner Artikel oder Stückgüter gebräuchlich, bei denen eine Mehrzahl von gleichen Produkten zu Gebinden zusammengefasst und in einem Karton oder mit Hilfe eines Kartons verpackt werden. Eine Variante einer solchen Kartonverpackung kann vorsehen, dass die Artikel oder Stückgüter auf einen Kartonabschnitt platziert werden, dessen Seitenabschnitte, die an allen vier Seiten über den Umriss der Artikelanordnung hinausragen, nach oben gefaltet werden, wodurch eine tablettartige Auflage entsteht. Für eine solche Umverpackung werden entsprechend vorkonfektionierte Kartonzuschnitte verwendet. Die Produkte werden beispielsweise in gewünschter Weise zusammengestellt, auf den Kartonzuschnitten positioniert, und anschließend werden die Kartonzuschnitte um die Produkte herum gefaltet und befestigt, indem beispielsweise überlappende Kartonstücke miteinander verklebt werden oder anderweitig aneinander fixiert.
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Um die vordere und die hintere untere Lasche eines Tabletts nach oben zu falten, offenbart bspw. die
US 4 642 967 A einen Rückhaltefinger und einen Faltfinger, die an einer gemeinsamen umlaufenden Förderkette angeordnet sind. Weiterhin zeigt die
US 3 555 776 A eine Maschine zur Bildung eines Tabletts um eine Gruppe von Artikeln herum. Die Maschine weist anführende Faltfinger für das Hochklappen vorderer Kartonlaschen und nachfolgende Faltfinger für das Hochklappen hinterer Kartonlaschen eines Tabletts auf. Die Faltfinger sind jeweils an einer umlaufenden Förderkette angeordnet.
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Derartige Umverpackungen werden häufig für Getränkebehälter wie Getränkedosen oder Flaschen verwendet. Da nicht nur die umverpackten Behälter zahlreiche unterschiedliche Dimensionierungen und Volumina aufweisen können, sondern es auch gewünscht sein kann, variable Mengen von jeweils gleichen oder unterschiedlichen Behältern mittels der Umverpackungen zusammenzufassen, kann es bei einem Produktwechsel oder bei einer gewünschten Änderung der Umverpackungsgröße und damit der Größe der beförderten Kartonbögen notwendig werden, die Teilungsabstände der Faltfinger zu ändern.
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Normalerweise sind bei den bekannten Faltvorrichtungen mehrere regelmäßig voneinander beabstandete Faltfinger jeweils schwenkbeweglich an der Förderkette befestigt, so dass für eine Änderung des Teilungsabstandes eine Demontage einzelner oder mehrerer Faltfinger und deren Wiedermontage an geänderten Positionen unumgänglich ist. Solche Förderketten werden auch als Schließketten bezeichnet. Eine solche Faltvorrichtung geht etwa aus der
DE 10 2010 049 124 A1 hervor. Da die Faltfinger zudem üblicherweise jeweils über Koppelmechaniken verfügen, welche für die gewünschten Faltbewegungen bei der Bewegung der Förderketten bzw. bei deren Umlenkung sorgen, ist die Demontage und Wiedermontage mit zeitaufwändigen Umbaumaßnahmen verbunden. Um die Faltfinger mit unterschiedlichen Teilungen montieren zu können, wurde mit der
DE 20 2012 102 759 U1 eine magnetische Fixierung mehrerer Faltfinger vorgeschlagen, die somit werkzeuglos demontierbar und an unterschiedlichen Positionen montierbar sind. Eine weitere Montagevariante für Faltfinger an einer derartigen Förder- bzw. Schließkette einer Fördervorrichtung geht aus der
DE 10 2014 226 494 A1 hervor.
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Ein weiteres technisches Problem bei derartigen Faltvorrichtungen mit endlos umlaufenden Schließketten besteht oftmals in der exakten Positionierung und Referenzierung, da die jeweilige Position der Faltfinger im Interesse einer möglichst präzisen Führung der Kartonumverpackungen und deren Faltung bekannt sein muss, zumal parallel umlaufende Förder- und Schließketten oftmals mit separaten Antrieben versehen sind, um etwa verschiedene Schließmechanismen für vordere und hintere Faltlaschen separat steuern zu können. Bei Verwendung der Schließmechanismen für unterschiedliche Kartongrößen sind derartige separate Antriebe für sich unterschiedlich bewegende vordere und hintere Faltfinger, die jeweils unterschiedlich voneinander beabstandete Faltlaschen umschlagen sollen, unumgänglich. Um die Vorschub- und Umlaufbewegungen dieser separaten Förder- und Schließketten referenzieren zu können, werden üblicherweise optische Hilfsmittel eingesetzt, insbesondere Lichtschrankensensoren, die seitlich die Vorderkanten von Schließmechanismen wie etwa Druckplatten, Falthebeln oder anderen Vorschubelementen abtasten. Durch Erfassung bestimmter Vorschub- und/oder Schließmechanismen und/oder -elemente mittels derartiger Referenzlichtschranken können deren Positionen erfasst und die Vorschub- und Umlaufpositionen mehrerer parallel laufender Schließ- und/oder Förderketten exakt aufeinander abgestimmt werden.
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Da allerdings sowohl Fremdkörper wie Schmutz als auch Verformungen und/oder Verschleiß an den Druckplatten, den Faltfingern oder an anderen Schließmechanismen zu ungenauen Messergebnissen derartiger Lichtschrankensensoren und damit zu unexakten Positionierungen der Schließmechanismen mit daraus folgenden negativen Auswirkungen auf die Falt- und Klebestellen der Kartonumverpackungen führen können, besteht ein vorrangiges Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte und gegen allfällige Störungen weniger anfällige Sensorik zur Positionierung von Förder- und/oder Schließketten oder von anderen Formatteilen innerhalb von Verpackungsmaschinen sowie ein entsprechendes Verfahren zur Positionsbestimmung von Förder- und/oder Schließketten oder von anderen Formatteilen innerhalb von Verpackungsmaschinen zur Verfügung zu stellen, womit insbesondere die Nachteile und Risiken der optischen Positionserfassung reduziert bzw. vermieden werden sollen.
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Diese Ziele der Erfindung werden mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
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Zur Erreichung des genannten Ziels schlägt die Erfindung ein entlang einer Förderstrecke und/oder Bewegungsbahn innerhalb einer Verpackungsmaschine und/oder einem Handhabungs- und/oder Förderabschnitt bewegliches Förderelement und/oder Formatteil vor, das mit einer Positionsbestimmungseinrichtung zur Lageerfassung wenigstens eines definierten Abschnittes des Förderelements und/oder des Formatteils in Bezug auf seine Förderstrecke und/oder Bewegungsbahn ausgestattet ist. Die Erfindung sieht vor, dass die Positionsbestimmungseinrichtung mindestens einen im Bereich des definierten Abschnittes am beweglichen Förderelement bzw. Formatteil verankerten, insbesondere passiv arbeitenden Lagegeber sowie wenigstens einen orts- bzw. maschinenfest angeordneten und mit dem mindestens einen Lagegeber über magnetische Wellen und/oder über ein Magnetfeld kommunizierenden Sensor umfasst, dessen von seiner Lage im Magnetfeld abhängigen elektrische Sensorsignale in einer signaltechnisch mit dem wenigstens einen Sensor gekoppelten Auswerteeinheit zur Gewinnung von Lageinformationen des mindestens einen Lagegebers in Bezug auf die Förderstrecke bzw. Bewegungsbahn auswertbar sind. Normalerweise befindet sich der Sensor im Interesse einer zuverlässigen Lagebestimmung sehr nahe an dem Lagegeber bzw. an den Lagegebern, idealerweise in einem Abstand von wenigen Millimetern oder ggf. sogar in einem Abstand von nur ca. einem Millimeter oder weniger, so dass die jeweiligen Positionen des Förderelements und/oder Formatteils sehr exakt anhand der vom Sensor empfangenen Signale bestimmt werden können.
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Wahlweise kann der mindestens eine Lagegeber durch mindestens ein im Bereich des definierten Abschnittes am beweglichen Förderelement bzw. Formatteil verankertes passives, insbesondere metallisches und/oder ferromagnetisches Schaltstück o. dgl. Bauelement gebildet sein, das mit dem wenigstens einen Sensor in der beschriebenen Weise kommuniziert.
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Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das als Lagegeber fungierendes metallische und/oder ferromagnetische Schaltstück o. dgl. Bauelement im Bereich der Positionsbestimmungseinrichtung an wenigstens zwei in definiertem Abstand voneinander positionierten Sensoren vorbeibewegbar ist, so dass diese kapazitiv und/oder induktiv oder auch als einfaches Schaltelement arbeitenden ortsfesten Sensoren beim Passieren des am Förderelement oder Formatteil befindlichen Schaltstückes bspw. eine Veränderung ihrer Feldlinienverläufe registrieren können, woraus sie durch Analyse des Signalverlaufs die exakte Position des Schaltstücks bzw. seine Lageveränderungen bestimmen können. Eine solche vereinfachte Anordnung entspricht in etwa einem Induktionsschalter, der bei Annäherung eines die Feldlinienverläufe beeinflussenden Elements, das bspw. durch ein metallisches und/oder ferromagnetisches Schaltstück o. dgl. gebildet sein kann und das im vorliegenden Zusammenhang gegebenenfalls auch als Signalgeber bezeichnet werden kann, aus den Signalveränderungen die sich verändernden Positionen des Elements, Schaltstücks bzw. Signalgebers bestimmen kann.
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Eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Förderelementes und/oder Formatteils kann vorsehen, dass das mindestens eine Schaltstück des Lagegebers durch einen Permanentmagneten gebildet ist, wobei außerdem der Sensor durch einen Reedschalter oder Reed-Kontaktschalter gebildet ist, welcher mindestens einen magnetisch schaltbaren Kontakt umfasst, so dass ein Schaltzustand des mindestens einen magnetisch schaltbaren Kontakts des Reedschalters oder Reed-Kontaktschalters bei einer Annäherung oder Entfernung des am Förderelement und/oder Formatteil angeordneten Permanentmagneten änderbar ist. Ein solcher Reedschalter oder Reed-Kontaktschalter lässt sich auf besonders kostengünstige Weise als Sensor einsetzen, da ein einfacher, aber sehr exakt in seiner Position detektierbarer Permanentmagnet als Lagegeber zu exakt reproduzierbaren Schaltzuständen des Reed-Kontaktschalters genutzt werden kann, so dass die Erfindung auf diese Weise die obige Aufgabe in optimaler und sehr kostengünstiger Weise lösen kann.
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Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Förderelements und/oder Formatteils kann zudem vorgesehen sein, dass die Positionsbestimmungseinrichtung wenigstens zwei im Bereich des definierten Abschnittes beabstandet voneinander am beweglichen Förderelement bzw. Formatteil verankerte Lagegeber bzw. Schaltstücke und/oder Permanentmagneten sowie wenigstens einen orts- bzw. maschinenfest angeordneten und mit den Lagegebern, Schaltstücken und/oder Permanentmagneten über magnetische Wellen und/oder über ein Magnetfeld kommunizierenden Sensor umfasst, der insbesondere durch den oben erwähnten Reedschalter oder Reed-Kontaktschalter mit mindestens einem magnetisch schaltbaren Kontakt gebildet sein kann.
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Der besondere Vorteil der gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsvarianten als Sensor eingesetzten Reedschalter ist deren hermetische Abgeschlossenheit nach außen und deren einfach und zuverlässig funktionierende Auslösbarkeit durch ein von außen anlegbares Magnetfeld. Der Begriff des „Reedschalters“ basiert auf dem englischen Begriff des Röhrchens, da bekannte Reedschalter in aller Regel durch dünnwandige Glas- oder Kunststoffröhrchen gebildet sind, die sich gasdicht abschließen lassen und aus denen die äußeren Kontakte herausgeführt sind. Bei der Verwendung von Glas-, aber auch von Kunststoffröhrchen sind die Kontaktdrähte in aller Regel eingeschmolzen. Der erfindungsgemäß als Lagegeber einsetzbare Reedschalter bildet in der erfindungsgemäßen Anwendung einen Reedsensor. Innerhalb des Schaltelements befinden sich ferromagnetische Schaltzungen, die sich bei einem von außen einwirkenden magnetischen Feld zueinander, die aber ggf. je nach Konfiguration auch unter Einwirkung eines von außen auf den Schalter einwirkenden Magnetfeldes auseinander bewegen können, wobei bei einer solchen Konfiguration typischerweise eine von zwei Schaltzungen unmagnetisch ist. Diese an sich bekannten Reedschalter liefern im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine einfache, zuverlässige, hermetisch dichte und damit bei Bedarf auch explosionsgeschützte Sensorik mit sehr geringer Baugröße, die zusätzlich den Vorteil sehr schneller Schaltvorgänge mit sich bringen. Bei bekannten Reedschaltern können bspw. Reedkontakte mit Kontaktdrähten aus einer Nickel-Eisen-Legierung, ggf. mit einer äußeren Lötoberfläche mit einer dünnen Zinn- oder Goldschicht und inneren Kontaktflächen aus Edelmetall gebildet sein. Ein Glas- oder Kunststoffröhrchen fixiert und schützt diese Kontaktdrähte und kann wahlweise eine Schutzgasfüllung aus Stickstoff und/oder Wasserstoff oder auch ein Vakuum enthalten.
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Eine für die Praxis sehr sinnvoll einsetzbare Variante des erfindungsgemäßen Förderelementes und/oder Formatteils sieht vor, dass die eingesetzte Positionsbestimmungseinrichtung wenigstens zwei - insbesondere gleichartige bzw. identische - im Bereich des definierten Abschnittes beabstandet voneinander am beweglichen Förderelement bzw. Formatteil verankerte passive Lagegeber - gebildet bspw. durch die oben erwähnten Schaltstücke oder Permanentmagneten - sowie wenigstens einen orts- bzw. maschinenfest angeordneten und mit den Lagegebern über magnetische Wellen und/oder über ein Magnetfeld kommunizierenden Sensor umfasst, wobei der Sensor insbesondere durch den oben erwähnten Reedschalter gebildet sein kann.
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Weiterhin kann der mindestens eine Lagegeber in einer Weise zum Sensor ausgerichtet sein, dass die magnetischen Feldstärken und/oder die magnetischen Feldlinien beim Passieren des mindestens einen Lagegebers am Sensor vorbei mindestens zwei Maxima und ein dazwischen befindliches Minimum aufweisen. So kann insbesondere vorgesehen sein, dass die abgestrahlten Wellen eine Charakteristik in der räumlichen Gestalt eines Ellipsoids oder eines einem Ellipsoiden angenäherten Körpers aufweisen, wobei die Feldlinienausrichtung insbesondere senkrecht zu einer „üblichen“ Ausrichtung sein kann. Damit ist gemeint, dass die längere Mittelachse des Ellipsoiden oder des einem Ellipsoiden ähnlichen Wellenkörpers in etwa senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen Förderelements und/oder Formatteils ausgerichtet ist, während die kürzere Mittelachse des Ellipsoiden oder des einem Ellipsoiden ähnlichen Wellenkörpers in etwa parallel zur Bewegungsrichtung des beweglichen Förderelements und/oder Formatteils ausgerichtet ist. Zum Sensor - gebildet insbesondere durch einen Reedschalter - ist bei dieser Ausrichtung der Lagegeber - gebildet insbesondere durch einen Permanentmagneten, wahlweise auch durch ein metallisches Schaltstück - eine Oberfläche des Ellipsoids mit kleinerem Radius, d.h. mit stärkerer Krümmung gerichtet als andere Bereiche des Ellipsoids. Wenn in diesem Zusammenhang von einem Ellipsoid oder einem Ellipsoid-ähnlichem Feldlinienverlauf des wenigstens einen Lagegebers oder Permanentmagneten die Rede ist, so kann damit insbesondere ein triaxiales Ellipsoid mit drei unterschiedlich langen Halbachsen gemeint sein, wahlweise auch ein Rotationsellipsoid, bei dem zwei Halbachsen gleiche Längen aufweisen, während eine dritte Halbachse kürzer oder länger ist. Durch Erfassung der magnetischen Feldstärkenverläufe eines Lagegebers oder Magneten mittels des Sensors bei der Vorbeibewegung des Lagegebers oder Magneten in kurzer Distanz zum Sensor kann dieser aus dem Feldstärkenverlauf während des Passierens des Lagegebers oder Magneten eine sehr exakte Positionsbestimmung vornehmen, da die Feldstärken hierbei mindestens ein ausgeprägtes Maximum aufweisen, wahlweise und je nach Ausgestaltung des Lagegebers oder Magneten auch zwei Maxima und ein dazwischen liegendes Minimum. Auf diese Weise ist der wenigstens eine Lagegeber oder Magnet - wahlweise auch die zwei Lagegeber oder Magneten - in einer Weise ausgerichtet, dass zwei Keulen bzw. zwei Ellipsoid-ähnliche Feldlinienverläufe ausbildet werden, deren längere Halbachsen nacheinander den Sensor passieren, woraus dieser einen Signalverlauf gewinnt, der die exakte Position der Lagegeber bzw. des Permanentmagneten anzeigt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Förderelement und/oder Formatteil können die mindestens zwei Lagegeber oder Magneten insbesondere in definiertem Abstand voneinander am Förderelement oder Formatteil befestigt und/oder dort integriert sein, wodurch sich sehr exakt deren jeweilige Position und damit auch die Positionen des Förderelements und/oder Formatteils in Bezug auf den Sensor bestimmen lassen.
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Das Förderelement und/oder Formatteil kann gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung bspw. durch eine Förder- und/oder Schließkette oder zumindest einen Abschnitt einer Förder- und/oder Schließkette innerhalb einer Verpackungsmaschine zur Handhabung von Umverpackungen wie insbesondere Faltkartons, Kartontrays o. dgl. gebildet sein. Bei einer solchen Förder- und/oder Schließkette müssen die Positionen aller Faltvorrichtungen wie etwa schwenkbare Faltfinger jederzeit bekannt sein, um den exakten Faltvorgang überwachen und steuern zu können. So kann es sich bei dem Förderelement bzw. Formatteil bspw. um eine Förder- und/oder Faltvorrichtung zum Fördern von Kartonbögen oder Umverpackungen für Artikel sowie zum Falten von Abschnitten oder Laschen der Kartonbögen oder Umverpackungen handeln, die wenigstens eine umlaufenden Förderkette und wenigstens einen an der Förderkette angebrachten und über eine Transportebene eines Transportabschnittes der Förderkette hinausragenden Falt- und/oder Förderfinger o. dgl. Schließmechanismus aufweist. Bei einer Ausbildung des Förderelements und/oder Formatteils als Förder- und/oder Schließkette kann der wenigstens eine Lagegeber oder der wenigstens eine Permanentmagnet vorzugsweise fest an Kettengliedern verankert oder in entsprechenden Trägerelementen integriert sein, die seitlich an Gliedern oder Laschen einer die Förder- und/oder Schließkette bildenden Rollen- oder Laschenkette angebaut oder Teil der Glieder oder Laschen sind.
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Bei allen beschriebenen Varianten und vorgeschlagenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Förderelementes und/oder Formatteils kommen die Vorteile der Zusammenwirkung des oder der Lagegebers und des mindestens einen Sensors oder Reedkontakts besonders bei parallelen Anordnungen von zwei oder mehr gleichartigen Förderelementen und/oder Formatteilen wie bspw. Förder- und/oder Schließketten mit jeweils auf gleicher Höhe befindlichen Faltfingern, Falt- oder Schließelementen zum Tragen, da hierbei die exakte Positionierung der Faltfinger und der Förder- bzw. Schubelemente für die zu faltenden Kartons oder Kartonlaschen besonders wichtig ist.
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Es sei an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Förderelement und/oder Formatteil erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte der nachfolgend erwähnten und beschriebenen erfindungsgemäßen Sensoranordnung betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum erfindungsgemäßen Förderelement und/oder Formatteil von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für die erfindungsgemäße Sensoranordnung. In umgekehrter Weise gilt dasselbe, so dass auch alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte der erfindungsgemäßen Sensoranordnung betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum erfindungsgemäßen Verfahren von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für die erfindungsgemäße Sensoranordnung.
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Zur Erreichung des oben genannten Ziels schlägt die Erfindung weiterhin ein Verfahren zur Lageerfassung eines entlang einer Förderstrecke und/oder Bewegungsbahn innerhalb einer Verpackungsmaschine und/oder einem Handhabungs- und/oder Förderabschnitt beweglichen Förderelementes und/oder Formatteils vor, das mit einer Positionsbestimmungseinrichtung zur Lageerfassung wenigstens eines definierten Abschnittes des Förderelements und/oder des Formatteils in Bezug auf seine Förderstrecke und/oder Bewegungsbahn ausgestattet ist. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass die Positionsbestimmungseinrichtung mindestens einen im Bereich des definierten Abschnittes am beweglichen Förderelement bzw. Formatteil verankerten, insbesondere passiv arbeitenden Lagegeber sowie wenigstens einen orts- bzw. maschinenfest angeordneten und mit dem mindestens einen Lagegeber über magnetische Wellen und/oder über ein Magnetfeld kommunizierenden Sensor umfasst, dessen elektrische Sensorsignale in einer signaltechnisch mit dem wenigstens einen Sensor gekoppelten Auswerteeinheit zur Gewinnung von Lageinformationen des mindestens einen Lagegebers in Bezug auf die Förderstrecke bzw. Bewegungsbahn ausgewertet werden.
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Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass der mindestens eine Lagegeber durch ein im Bereich des definierten Abschnittes am beweglichen Förderelement bzw. Formatteil verankertes passives, insbesondere metallisches und/oder ferromagnetisches Schaltstück gebildet ist, das durch eine Förderbewegung des Förderelements und/oder Formatteils am wenigstens einen Sensor, der im Bereich der Positionsbestimmungseinrichtung positioniert ist, vorbeibewegt wird. Weiterhin kann das Verfahren vorsehen, dass das Schaltstück des Lagegebers durch einen Permanentmagneten gebildet ist, und dass der Sensor durch einen Reedschalter oder Reed-Kontaktschalter gebildet ist, welcher mindestens einen magnetisch schaltbaren Kontakt umfasst, wobei sich ein Schaltzustand des mindestens einen magnetisch schaltbaren Kontakts des Reedschalters oder Reed-Kontaktschalters bei einer Annäherung oder Entfernung des am Förderelement und/oder Formatteil angeordneten Permanentmagneten ändert. Eine solche Verfahrensanordnung liefert durch die einfach und kostengünstig realisierbare Sensorik sehr exakte Positionierungsmöglichkeiten für die gewünschten Anwendungsfälle.
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Bei dem Verfahren kann die Positionsbestimmungseinrichtung wenigstens zwei, insbesondere gleichartige oder identische, im Bereich des definierten Abschnittes beabstandet voneinander am beweglichen Förderelement bzw. Formatteil verankerte passive Lagegeber bzw. Schaltstücke und/oder Permanentmagneten sowie wenigstens einen orts- bzw. maschinenfest angeordneten und mit den Lagegebern, Schaltstücken und/oder Permanentmagneten über magnetische Wellen und/oder über ein Magnetfeld kommunizierenden Sensor oder Reedschalter umfassen. Weiterhin kann das Verfahren vorsehen, dass der mindestens eine Lagegeber in einer Weise zum Sensor ausgerichtet ist, dass die magnetischen Feldstärken und/oder die Feldlinien beim Passieren des mindestens einen Lagegebers am Sensor vorbei mindestens zwei Maxima und ein dazwischen befindliches Minimum aufweisen. So können die abgestrahlten Wellen eine Keulen-Charakteristik oder eine ellipsoide Form aufweisen, insbesondere in einer Anordnung senkrecht zu einer „üblichen“ Ausrichtung, so dass die ausgeprägten Maxima, die sich beim Passieren des Lagegebers am Sensor ergeben, von diesem erfasst und damit die Positionen des Lagegebers bestimmt werden können. Hierbei ist der wenigstens eine Lagegeber bzw. der wenigstens eine Permanentmagnet in einer Weise ausgerichtet, dass er zwei Keulen bzw. zwei Ellipsoid-ähnliche Feldlinienverläufe ausbildet, die nacheinander den Sensor passieren, woraus dieser einen Signalverlauf gewinnt, der die exakte Position des Lagegebers bzw. des Magneten anzeigt.
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Auch kann das Verfahren vorsehen, dass der wenigstens eine Sensor einen von den Lagegebern erzeugten Signalverlauf beim Passieren des Förderelementes und/oder Formatteils erfasst und daraus deren Positionen im Zeitverlauf errechnet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann das Verfahren vorsehen, dass der mindestens eine Lagegeber durch ein im Bereich des definierten Abschnittes am beweglichen Förderelement bzw. Formatteil verankertes passives, insbesondere metallisches und/oder ferromagnetisches Schaltstück gebildet ist, das im Bereich der Positionsbestimmungseinrichtung an wenigstens zwei in definiertem Abstand voneinander positionierten aktiven Sensoren vorbeibewegt wird, so dass die kapazitiv und/oder induktiv arbeitenden ortsfesten Sensoren beim Passieren des am Förderelement oder Formatteil befindlichen Schaltstückes eine Veränderung ihrer Feldlinienverläufe registrieren können, woraus sie durch Analyse des Signalverlaufs die exakte Position des Schaltstücks bzw. seine Lageveränderungen bestimmen können. Ein solchermaßen vereinfachtes Verfahren entspricht in seiner Wirkungsweise in etwa einem Induktionsschalter, der bei Annäherung eines die Feldlinienverläufe beeinflussenden Elements, das bspw. durch ein metallisches Schaltstück o. dgl. gebildet sein kann und das im vorliegenden Zusammenhang somit als eine Art von Signalgeber bezeichnet werden kann, aus den Signalveränderungen die sich verändernden Positionen des Elements, Schaltstücks bzw. Signalgebers bestimmen kann.
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Bei einer Ausgestaltung des Förderelements und/oder Formatteils als Förder- und/oder Schließkette wird auf jeder Kette ein Lagegeber, ein metallisches Schaltstück oder ein Permanentmagnet montiert, der vom Sensor bzw. Reedschalter erkannt wird. Dazu fährt die Kette bei Referenzfahrt langsam (bspw. mit einer Geschwindigkeit von max. 100mm/s, wahlweise jedoch auch schneller oder langsamer) am Sensor bzw. am Reedschalter vorbei. Sobald der Reedschalter in die Reichweite der magnetischen Feldlinien und damit in Schaltreichweite kommt, wird das als Schaltsignal erkannt, was der nachgeschalteten Steuerschaltung Informationen darüber liefert, dass die Kette auf Position ist. Denkbar ist auch, dass nach erstem Kontakt bzw. nach erstem Schaltvorgang die Geschwindigkeit der Kette nochmal reduziert wird, um die Referenzierung noch exakter zu gestalten. Bei derartigen Lagegebern, die mit magnetischer Wirkung arbeiten, ist das Auslösen des Reedschalters und damit das Referenzieren stark abhängig von der Entfernung sowie der exakten Ausrichtung des Permanentmagneten. Durch exaktes Positionieren des Lagegebers senkrecht zum Reedschalter und der Wahl einer passenden Entfernung kann beim Überfahren genau in der Mitte ein Nulldurchgang mit keiner Erkennung des Lagegebers realisiert werden. Davor und danach ist das Feld symmetrisch. Genau durch diese Eigenschaft (Symmetrie der Feldlinien und Nulldurchgang) kann unabhängig von der Ausrichtung, Winkel in Z-Achse und Abstand des Lagegebers eine exakte und reproduzierbare Position ermittelt werden. Dies geschieht durch folgende Maßnahmen: Nach erstem Kontakt („Tag present“) wird die Geschwindigkeit der Kette reduziert. Wahlweise können zwei solche Lagegeber eingesetzt werden. Diese Position des ersten Kontakts („Tag present“) wird erfasst und als erste Position definiert. Die Kette fährt langsam weiter, bis erneut „Tag present“ besteht bzw. erkannt wird. Dieser Punkt definiert eine zweite Position. Es wird nun der Abstand zwischen der fallende Flanke (erste Position) des ersten „Tag Present“-Signals und der steigenden Flanke (zweite Position) des zweiten „Tag Present“-Signals berechnet und dieser Wert halbiert, was aufgrund der Symmetrie der Feldlinien einer genauen und reproduzierbaren Position zum Reedschalter bzw. zum Sensor entspricht. Dabei ist der Abstand, wann der Lagegeber bzw. Signalgeber erkannt und nicht erkannt wird, irrelevant, da die Symmetrie immer gleich ist.
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Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine exakte und reproduzierbare Referenzierung, unabhängig von Verschmutzungen auf den Falt- und/oder Schließelementen o. dgl., und unabhängig von Verformungen von Faltfingern, Druckplatten o.ä. Jede Förder- und/oder Schließkette kann mit einem separaten Antrieb ausgestattet und separat referenziert werden, wobei die Referenzierungen mehrerer paralleler Ketten problemlos in Beziehung zueinander gesetzt werden können.
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Wahlweise kann der Lagegeber auch um seine Längsmittelachse bzw. um seine z-Achse, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Lagegebers entlang der Transportstrecke des Förderelements bzw. der Transportkette durch den Lagegeber und beim Passieren des Sensors durch diesen verläuft, verdreht sein. Solange dieser Drehwinkel um die Längsmittelachse bzw. z-Achse einen Wert annimmt, bei dem die Projektion und Erfassung der Feldlinien durch den Sensor noch eine problemlose Unterscheidung des zwischen den Maxima befindlichen Minimums der Feldstärken ermöglicht, ist die exakte Lokalisierung der Lagegeberposition während seiner Bewegung am Sensor vorbei nicht beeinträchtigt. Zwar verändern sich dadurch die Verläufe der Flanken der Feldlinien, insbesondere der äußeren Flanken, doch sind die Abstände der beiden zueinander weisenden inneren Flanken, die das Minimum flankieren und einschließen, kaum verändert, so dass auch die Symmetrie kaum beeinträchtigt ist. Ein sinnvoller Drehwinkel, der eine unverändert exakte Positionsbestimmung erlaubt, kann bspw. zwischen 0° und bis zu 45° betragen, um den der Lagegeber um seine Längsmittelachse verdreht sein kann.
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Schließlich schlägt die Erfindung zur Erreichung des oben genannten Ziels eine Sensoranordnung zur Lageerfassung eines entlang einer Förderstrecke und/oder Bewegungsbahn innerhalb einer Verpackungsmaschine und/oder einem Handhabungs- und/oder Förderabschnitt beweglichen Förderelementes und/oder Formatteils vor. Diese erfindungsgemäße Sensoranordnung ist mit einer Positionsbestimmungseinrichtung zur Lageerfassung wenigstens eines definierten Abschnittes des Förderelements und/oder des Formatteils in Bezug auf seine Förderstrecke und/oder Bewegungsbahn ausgestattet. Die Positionsbestimmungseinrichtung umfasst mindestens einen im Bereich des definierten Abschnittes am beweglichen Förderelement bzw. Formatteil verankerten insbesondere passiven Lagegeber sowie wenigstens einen orts- bzw. maschinenfest angeordneten und mit dem mindestens einen Lagegeber über magnetische Wellen und/oder über ein Magnetfeld kommunizierenden Sensor, dessen elektrische Sensorsignale in einer signaltechnisch mit dem wenigstens einen Sensor gekoppelten Auswerteeinheit zur Gewinnung von Lageinformationen des mindestens einen Lagegebers in Bezug auf die Förderstrecke bzw. Bewegungsbahn ausgewertet werden bzw. auswertbar sind.
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Es sei an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Förderelement und/oder Formatteil oder auch mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum erfindungsgemäßen Förderelement und/oder Formatteil oder von der erfindungsgemäßen Sensoranordnung von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren. In umgekehrter Weise gilt dasselbe, so dass auch alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte des erfindungsgemäßen Förderelementes und/oder Formatteils oder der erfindungsgemäßen Sensoranordnung betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum erfindungsgemäßen Verfahren von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für das erfindungsgemäße Förderelement und/oder Formatteil und ebenso auch für die erfindungsgemäße Sensoranordnung.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
- 1 zeigt in insgesamt sieben schematischen Ansichten (Fig. 1A, Fig. 1B, Fig. 1C, Fig. 1D, Fig. 1E, Fig. 1F und 1G) eine erste Ausführungsvariante einer Förderstrecke für Kartonumverpackungen innerhalb einer Verpackungsmaschine.
- 2 zeigt in drei schematischen Ansichten (Fig. 2A, Fig. 2B und 2C) eine zweite Ausführungsvariante der Förderstrecke für Kartonumverpackungen.
- 3 zeigt in insgesamt vier schematischen Ansichten eine herkömmliche Signalgeberanordnung (3A), eine erfindungsgemäße Signalgeberanordnung (Fig. 3B, 3C) in Bezug auf einen Sensor einer erfindungsgemäßen Positionsbestimmungseinrichtung, sowie eine Signalgeberanordnung (3D) mit einem in Bezug auf den Sensor um eine z-Achse verdrehten Signalgeber.
- 4 zeigt zwei schematische und qualitativ zu verstehende Diagramme (Fig. 4A, 4B), die jeweils digitale Schaltsignale im Zusammenhang mit der Lagebestimmung der Signalgeber mittels der in den 1 bis 3B gezeigten Positionsbestimmungseinrichtung illustriert.
- 5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine vereinfachte Variante einer erfindungsgemäßen Positionsbestimmungseinrichtung.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung verwenden die 1 bis 5 jeweils identische Bezugsziffern. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße Förderelement und/oder Formatteil oder das erfindungsgemäße Verfahren oder die erfindungsgemäße Sensoranordnung ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar. Es sei daher an dieser Stelle betont, dass die anhand der Figuren relativ konkret und gegenständlich beschriebenen Ausführungsbeispiele den in den Ansprüchen niedergelegten und im allgemeinen Teil der Beschreibung in den unterschiedlichsten Ausführungsvarianten definierten abstrakten Erfindungsgedanken in keiner Weise schmälern oder einschränken sollen.
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Die schematische Perspektivansicht der 1A zeigt einen Ausschnitt einer Ausführungsvariante einer Förderstrecke 10 für Kartonumverpackungen (nicht gezeigt) innerhalb einer Verpackungsmaschine. Die hier nicht gezeigten Kartonumverpackungen, die bspw. jeweils der Aufnahme einer Mehrzahl Artikeln wie Flüssigkeits- bzw. Getränkebehältern dienen können, werden entlang der Förderstrecke 10 mittels Förderelementen 12 transportiert, die hier durch insbesondere endlos umlaufende Förder- und/oder Schließketten 14 gebildet sind, die mit oberseitigen Auflageflächen 16 an ihren Kettengliedern 18 ausgestattet sind, so dass Faltkartons zur Bildung der Kartonumverpackungen darauf befördert werden können. Jede der beiden gezeigten, parallel nebeneinander in gleicher Richtung mit gleicher Geschwindigkeit laufenden Förder- und/oder Schließketten 14 ist mit Faltfingern 20 ausgestattet, die jeweils seitlich an einem der Kettenglieder 18 schwenkbar angelenkt sind, so dass sie in einer Ausgangslage in etwa senkrecht nach oben aus der durch die Auflageflächen 16 gebildeten Förderebene der Förderstrecke 10 ragen, so wie dies in der 1A gezeigt ist. Ein Hebelmechanismus 22, der den Faltfinger 20 mit einem entfernt von diesem angelenkten Kettenglied 18 verbindet, sorgt bei einer Umlenkung der Förder- und/oder Schließkette 14 für ein Verschwenken des Faltfingers 20 um eine horizontale und quer zur Bewegungsrichtung der Kette 14 liegende Schwenkachse, wodurch Faltlaschen der mit dem durch die Kette 14 gebildeten Förderelement 12 beförderten Faltkartons umgeschlagen und typischerweise an darunter befindlichen Seitenflächen des Faltkartons angelegt und/oder dort mittels zuvor aufgebrachtem Klebstoff angeheftet werden.
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Dem durch die Förder- und/oder Schließkette 14 gebildeten Förderelement 12 ist eine in der schematischen Detailansicht der 1B erkennbare bzw. angedeutete Positionsbestimmungseinrichtung 26 zur Lageerfassung eines definierten Abschnittes des Förderelements 12 in Bezug auf seine Förderstrecke 10 zugeordnet. Die in der Darstellung der 1A nicht näher ausgeführte Positionsbestimmungseinrichtung 26 umfasst mindestens einen am beweglichen Förderelement 12, nämlich an einem Kettenglied 18 der Förder- und/oder Schließkette 14, verankerten Lagegeber 24 sowie wenigstens einen orts- bzw. maschinenfest angeordneten und mit dem mindestens einen Lagegeber 24 über magnetische Wellen und/oder über ein Magnetfeld kommunizierenden Sensor 28 (in 1A nicht gezeigt; vgl. hierzu 1B), dessen elektrische Sensorsignale in einer signaltechnisch mit dem wenigstens einen Sensor 28 gekoppelten Auswerteeinheit (in den 1A bis 1C ebenfalls nicht gezeigt) zur Gewinnung von Lageinformationen des mindestens einen Lagegebers 24 in Bezug auf die Förderstrecke 10 auswertbar sind.
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Die perspektivischen Detailansichten der 1B und 1C lassen einen Teil der Positionsbestimmungseinrichtung 26 erkennen, die durch den an einem Kettenglied 18 der Förder- und/oder Schließkette 14 angeordneten Lagegeber 24 und den feststehenden bzw. ortsfest montierten Sensor 28 gebildet ist. Wie es die in den 1A bis 1C gezeigte Variante der Positionsbestimmungseinrichtung 26 erkennen lässt, ist der Lagegeber 24 in einem flachen Trägerelement 30 eingebaut bzw. integriert, das seitlich an einem Kettenglied 18 befestigt ist und mit einer Lasche nach unten, in entgegengesetzter Richtung zu den oberen Auflageflächen 16 der Kettenglieder 18 ragt. Wie es sie 1B erkennen lässt, befindet sich der Sensor 28 im Interesse einer zuverlässigen Lagebestimmung sehr nahe am daran vorbeibewegten Trägerelement 30 mit den darin integrierten Lagegebern 24, idealerweise in einem Abstand von wenigen Millimetern oder ggf. sogar in einem Abstand von nur ca. einem Millimeter oder weniger, so dass die jeweiligen Positionen des Förderelements 12 bzw. der Förder- und/oder Schließkette 14 sehr exakt anhand der vom Sensor 28 empfangenen Signale bestimmt werden können.
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Gemäß einer besonders kostengünstig umsetzbaren und zuverlässig arbeitenden Variante der erfindungsgemäßen Positionsbestimmungseinrichtung 26 kann der Lagegeber 24 insbesondere durch einen passiv arbeitenden Permanentmagneten 58 gebildet sein, dessen magnetische Feldlinien beim Passieren des bspw. durch einen Reedschalter 29 gebildeten Sensors 28 (vgl. 1 B) von diesem erfasst werden können, indem bspw. im Reedschalter 29 ein Reedkontakt geschlossen, geöffnet oder umgeschaltet wird. Die Positionsbestimmungseinrichtung 26 kann wahlweise auch zwei in Transportrichtung der Förder- und/oder Schließkette 14 entlang deren Förderstrecke 10 dicht voneinander beabstandete Sensoren 28 in Gestalt von Reedschaltern 29 aufweisen, die nacheinander von einem daran mit konstanter Geschwindigkeit vorbeibewegten Lagegeber 24 in Gestalt eines Permanentmagneten 58 geschaltet werden können, so dass aus den zeitlichen Abständen der beiden Schaltsignale eine noch genauere Positionsbestimmung und Kalibrierung der jeweiligen Lage der Lagegeber 24 in Bezug auf die Transportstrecke 10 möglich ist als bei der Verwendung nur eines Sensors 28 bzw. Reedschalters 29.
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Die 1D bis 1G zeigen nochmals in verschiedenen schematischen Ansichten und/oder Vergrößerungen die Positionsbestimmungseinrichtung 26, bei welcher der Lagegeber 24 durch einen passiv arbeitenden Permanentmagneten 58 gebildet ist, dessen magnetische Feldlinien beim Passieren des durch den Reedschalter 29 gebildeten Sensors 28 von diesem erfasst werden können. Der den Lagegeber 24 bildende Permanentmagnet 58 befindet sich in einem senkrecht von der Förder- und/oder Schließkette 14 nach unten ragenden flachen Trägerelement 30 und kann insbesondere dort eingegossen, eingeklebt oder auf sonstige Weise befestigt sein. Der den Sensor 28 bildende Reedschalter 29 ist auf einer Trägerschiene 27 montiert, die unterhalb der Förder- und/oder Schließkette 14 angeordnet ist.
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Während die 1E einen Detailausschnitt des Reedkontaktes 29 zeigt, der auf der Trägerschiene 27 in einer Weise montiert ist, dass er in kurzer Distanz von dem an der Förder- und/oder Schließkette 14 montierten Lagegeber 24 bzw. Permanentmagneten 58 passiert wird, zeigen die 1 D, 1F und 1G verschiedene perspektivische Ansichten der Anordnung der Positionsbestimmungseinrichtung 26.
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Die schematischen Ansichten der 2A, 2B und 2C zeigen eine ähnliche Ausführungsvariante der Positionsbestimmungseinrichtung 26 wie in den Figuren 1A bis 1G, doch sind hier die Trägerelemente 30 mit den darin integrierten Permanentmagneten 58, welche die Lagegeber 24 bilden, jeweils um 90° abgewinkelt, so dass sich die Lagegeber 24 in einer abgewinkelten Lasche 32 des Trägerelements 30 befinden, die sich unterhalb des jeweiligen Kettengliedes 18 befinden, an dem das Trägerelement 30 seitlich befestigt ist. Die Laschen 32 weisen dadurch eine horizontale Erstreckung auf, die unterhalb der Förder- und/oder Schließketten 14 und parallel zu deren oberen Auflageflächen 16 angeordnet ist. Die jeweils den Lagegebern 24 bzw. deren Permanentmagneten 58 zugeordneten Sensoren 28, die jeweils durch Reedkontakte 29 gebildet sind, befinden sich demzufolge unterhalb der Förder- und/oder Schließketten 14, so dass die Lagegeber 24 mit den sie tragenden abgewinkelten Laschen 32 der jeweiligen Trägerelemente 30 in kurzen Abständen darüber hinwegbewegt werden.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen der 1A bis 2C sind die passiv arbeitenden Lagegeber 24 jeweils durch Permanentmagneten 58 gebildet. Bei zwei oder mehr solchen Permanentmagneten 58, die jeweils die passiv arbeitenden Lagegeber 24 bilden, werden vorzugsweise jeweils gleichartige bzw. identische Permanentmagneten 58 eingesetzt. Als Sensoren 28 werden im vorliegenden Fall jeweils Reedschalter 29 eingesetzt, die durch die Magnetfelder der daran vorbeibewegten Permanentmagneten 58 geschaltet werden; die Reedschalter 29 kommunizieren damit jeweils mit den ihnen zugeordneten Permanentmagneten 58 und bilden mit diesen gemeinsam die jeweiligen Positionsbestimmungseinrichtungen 26. Die Permanentmagneten 58 können bspw. jeweils im Trägerelement 30 eingeklebt oder eingepresst oder bspw. auch dort im Kunststoffmaterial des Trägerelements 30 eingeformt sein, so z.B. durch ein Spritzgießverfahren.
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Wie es die schematischen Darstellungen der 3A und 3B verdeutlichen, können die Lagegeber 24 mit ihren Permanentmagneten 58 gemäß 3A in herkömmlicher Weise am Förderelement 12 bzw. an der Kette 14 montiert sein, so dass ihre Feldlinien 40 beim Passieren des den Sensor 28 bildenden Reedschalters 29 diesen genau einmal schalten. Die vom Lagegeber 24 bzw. von dessen Permanentmagneten 58 erzeugten Feldlinien 40 erlauben bei einer solchen Ausrichtung eine relativ exakte Positionsbestimmung, wenn die magnetische Feldstärke der Feldlinien 40 ausreichend stark ist, um den Reedschalter 29 auszulösen.
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Wahlweise kann die Erfindung vorsehen, dass die Lagegeber 24 gemäß 3B jeweils in einer Weise zum Sensor 28 ausgerichtet sind, dass die magnetischen Feldstärken und/oder die Feldlinien 40 beim Passieren des mindestens einen Permanentmagneten 58 des Lagegebers 24 am Reedschalter 29, der den Sensor 28 bildet, vorbei mindestens zwei Maxima 34 und ein dazwischen befindliches Minimum 36 aufweisen. So kann insbesondere vorgesehen sein, dass die abgestrahlten Wellen eine Charakteristik in der räumlichen Gestalt eines Ellipsoids 38 oder eines einem Ellipsoiden 38 angenäherten Körpers aufweisen, wobei die Feldlinienausrichtung insbesondere senkrecht zu einer „üblichen“ Ausrichtung (vgl. 3A) ist. Damit ist gemeint, dass die längere Mittelachse des Ellipsoiden 38 oder des einem Ellipsoiden 38 ähnlichen Wellenkörpers in etwa senkrecht zur Bewegungsrichtung der Förderstrecke 10 des beweglichen Förderelements 12 bzw. der Förder- und/oder Schließkette 14 ausgerichtet ist, während die kürzere Mittelachse des Ellipsoiden 38 oder des einem Ellipsoiden 38 ähnlichen Wellenkörpers in etwa parallel zur Bewegungsrichtung der Förderstrecke 10 des beweglichen Förderelements 12 und/oder der Kette 14 ausgerichtet ist. Zum Sensor 28 ist bei dieser Ausrichtung der Lagegeber 24 eine Oberfläche des Ellipsoids 38 mit kleinerem Radius, d.h. mit stärkerer Krümmung gerichtet als andere Bereiche des Ellipsoids 38. Wenn in diesem Zusammenhang von einem Ellipsoid 38 oder einem Ellipsoid-ähnlichem Feldlinienverlauf des wenigstens einen Lagegebers 24 die Rede ist, so kann damit insbesondere ein triaxiales Ellipsoid 38 mit drei unterschiedlich langen Halbachsen gemeint sein, wahlweise auch ein Rotationsellipsoid, bei dem zwei Halbachsen gleiche Längen aufweisen, während eine dritte Halbachse kürzer oder länger ist.
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Durch Auslösen des Reedschalters 29 bzw. durch Betätigung dessen Reedkontakte 60 bei der Vorbeibewegung des Permanentmagneten 58 des Lagegebers 24 in kurzer Distanz zum Sensor 28 (vgl. die 1A bis 2C) kann dieser bei ausreichender magnetischer Feldstärke während des Passierens des Magneten 58 eine sehr exakte Positionsbestimmung vornehmen (3A), insbesondere wenn die Feldstärken hierbei zwei ausgeprägte Maxima 34 und ein dazwischen liegendes Minimum 36 aufweisen (siehe 3B).
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Wenn in diesem Zusammenhang von Maxima 34 und Minima 36 der Feldlinien 40 die Rede ist, so sind damit auch unterschiedliche Feldstärken gemeint, die vom Sensor 28 beim Vorbeibewegen des Lagegebers 24 erfasst werden können. Je nach Abstand des Lagegebers 24 zum Sensor 28 können unterschiedliche Auslöseempfindlichkeiten des Reedschalters 29 definiert werden, insbesondere für eine Entscheidung „Magnetsignal erfasst“ im Bereich des Maximums 34 oder „Magnetsignal zu schwach“ im Bereich vor und nach den Maxima 34 sowie im Bereich des Minimums 36 zwischen den beiden Maxima 34 (vgl. hierzu auch 4). Durch langsames Vorbeibewegen des Lagegebers 24 am Sensor 28 zur Referenzierung der Positionen der Kette 14 und/oder deren Faltfinger 20 in Bezug auf die Förderstrecke 10 können durch entsprechende Auswertung der Sensorsignale die exakten Positionen jedes der Förderelemente 12 bzw. jeder der Förder- und/oder Schließketten 14 bestimmt und durch variable Antriebssteuerungen (nicht gezeigt) bedarfsweise beeinflusst werden.
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Bei dem gezeigten Förderelement 12 bzw. bei der gezeigten Förder- und/oder Schließkette 14 können wahlweise auch mindestens zwei Lagegeber 24 in definiertem Abstand voneinander an voneinander entfernten Kettengliedern 18 befestigt und/oder dort integriert sein, wodurch sich sehr exakt deren jeweilige Position und damit auch die Positionen des Förderelements 12 und/oder der Kette 14 in Bezug auf den Sensor 28 bestimmen lassen.
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Bei allen beschriebenen Varianten und vorgeschlagenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Förderelementes 12 kommen die Vorteile der Zusammenwirkung des oder der Lagegeber 24 und der diesen jeweils zugeordneten Sensoren 28 besonders bei parallelen Anordnungen von zwei oder mehr gleichartigen Förderelementen 12 und/oder Förder- und/oder Schließketten 14 mit jeweils auf gleicher Höhe befindlichen Faltfingern 20, Falt- oder Schließelementen zum Tragen, da hierbei die exakte Positionierung der Faltfinger 20 und der Förder- bzw. Schubelemente für die zu faltenden Kartons oder Kartonlaschen besonders wichtig ist.
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Weiterhin lassen die 3C und 3D eine denkbare Abweichung von der zuvor beschriebenen Ausrichtung des Lagegebers 24 in Bezug auf den Sensor 28 erkennen. Während die 3C einen exakt in einem 90°-Winkel zum Sensor 28 ausgerichteten Lagegeber 24 zeigt, der dieselbe Ausrichtung wie in 3B aufweist, verdeutlicht die 3D eine abweichende Ausrichtung, bei der der Lagegeber 24 um eine auch als z-Achse zu bezeichnende Längsmittelachse 25, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Lagegebers 24 entlang der Transportstrecke 10 (siehe Pfeilrichtung in Fig. 3C und 3D) durch den Lagegeber 24 und beim Passieren des Sensors 28 durch diesen verläuft, verdreht sein kann. Solange dieser Drehwinkel um die in 3D eingezeichnete Längsmittelachse 25 bzw. z-Achse einen Wert annimmt, bei dem die Projektion der Feldlinien 40 entsprechend der 3D noch eine problemlose Unterscheidung des zwischen den Maxima 34 befindlichen Minimums 36 ermöglicht, wie dies bei dem in 3D illustrierten Beispiel der Fall ist, wo der Lagegeber 24 um einen Drehwinkel von 0° bis etwa 15° ... 45° um seine Längsmittelachse 25 verdreht ist, ist die exakte Lokalisierung der Lagegeberposition während seiner Bewegung am Sensor 28 vorbei nicht beeinträchtigt. Zwar verändern sich dadurch die Verläufe der Flanken der Feldlinien 40, insbesondere der äußeren Flanken, doch sind die Abstände der beiden zueinander weisenden inneren Flanken, die das Minimum 36 flankieren, kaum verändert, so dass auch die Symmetrie kaum beeinträchtigt ist. Aus diesem Grund können solche Anordnungen wie in 3D gezeigt noch immer zur Positionsbestimmung des Lagegebers 24 und damit der damit ausgestatteten Förderelemente 12 oder Förderketten 14 eingesetzt werden.
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Die schematisch und qualitativ zu verstehenden Diagramme der Fig. 4A und der 4B verdeutlichen die Vorgänge der Signalerfassung zur exakten Lagebestimmung der Lagegeber 24 mittels der in den 1 bis 3B gezeigten Positionsbestimmungseinrichtung 26. Die Bewegungsrichtung der Lagegeber 24 am hier nicht gezeigten Sensor 28 vorbei (vgl. 3A und 3B) ist wiederum durch die mit Pfeil gekennzeichnete Förderstrecke 10 definiert. Teile der von den Permanentmagneten 58 der Lagegeber 24 bzw. von einem gemäß 3B ausgerichteten Permanentmagneten 58 generierten keulenartigen oder ellipsoiden Feldlinien 40 werden vom Sensor der Positionsbestimmungseinrichtung 26 erfasst und bspw. gemäß 4A in Schaltsignale 42 bzw. gemäß 4B in Schaltsignale 44 gewandelt, wobei die Flankenlängen der beiden alternativ zu verstehenden Schaltsignale 42 und 44 vom jeweils gewählten Abstand des eingesetzten Sensors vom Lagegeber 24 bzw. von den von dessen Permanentmagneten 58 emittierten Feldlinien 40 abhängt. Ein erster Abstand ist durch die Bezugsziffer 46 gekennzeichnet (vgl. 4A), während ein zweiter Abstand durch die Bezugsziffer 48 gekennzeichnet ist (vgl. 4B), wobei der zweite Abstand 48 des Sensors vom Lagegeber größer ist als der erste Abstand 46.
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Demzufolge erfasst der im ersten kleineren Abstand 46 am Lagegeber vorbeibewegte Sensor gemäß Fig. 4A bei der Erfassung der Feldlinien 40 zu einem früheren Zeitpunkt ein Signal und liefert das erste Ausgangssignal 42, das bei Annäherung an das erste Feldstärkenmaximum 34 an einer ersten Schaltflanke 42a von „0“ auf „1“ springt (d.h. die Reedkontakte 60 im Reedschalter 29 schließen), dort über die Signaldauer 42b verbleibt und bei Annäherung an das Feldstärkenminimum 36, das sich zwischen den benachbarten Maxima der Feldlinien 40 befindet, an einer zweiten Schaltflanke 42c wieder vom Wert „1“ auf den Wert „0“ zurückspringt. Beim Passieren des Minimums 36 zwischen den beiden symmetrisch zueinander angeordneten Feldlinien 40 bleibt das Schaltsignal 42 für eine kurze Distanz 42d auf dem Wert „0“ und springt bei Annäherung an das zweite Feldstärkenmaximum 34 an einer dritten Schaltflanke 42e wiederum von „0“ auf „1“, verbleibt dort über die Signaldauer 42f, die ebenso lang ist wie die Signaldauer 42b, auf diesem digitalen Wert „1“ und springt bei Entfernung vom zweiten Maximum 34 an einer vierten Schaltflanke 42g wieder vom Wert „1“ auf den Wert „0“ zurück. Bei der Verarbeitung des ersten Schaltsignals 42 wird typischerweise der Abstand 50 zwischen der zweiten Schaltflanke 42c und der dritten Schaltflanke 42e gemessen, wobei der halbe Abstand bzw. die halbe Länge des relativ kurzen Signalabschnittes 42d zwischen den benachbarten Schaltflanken 42c und 42e die exakte Position des Minimums 36 und damit die exakte und reproduzierbare Position 52 des Lagegebers liefert.
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Bei einer unsymmetrischen Anordnung der Feldlinienverläufe 40, wie sie etwa durch einen um seine Längsmittelachse 25 verdrehten Lagegeber 24 entsprechend 3D entstehen könnte, wäre etwa die Signaldauer 42f des ersten Schaltsignals 42 (vgl. 4A) kürzer, während die Signaldauer 42b länger ausfallen würde. In diesem Fall wäre der Abstand 50 zwischen der zweiten Schaltflanke 42c und der dritten Schaltflanke 42e nur minimal verändert und die Symmetrie zwischen den beiden Schaltflanken 42c und 42e nicht oder nur minimal beeinträchtigt, so dass bis zu einem vertretbaren Drehwinkel von nicht mehr als etwa 45° die Messung durch Erfassung der Länge und der Position des den Abstand 50 repräsentierenden Signalabschnittes 42d zwischen den zweiten und dritten Schaltflanken 42c und 42e ohne nennenswerte Präzisionseinbußen unverändert möglich wäre. Bei einem die andere Richtung verdrehten Lagegeber wäre die Signaldauer 42b in entsprechender Weise reduziert, während die Signaldauer 42f entsprechend verlängert wäre, ohne dass dadurch die Symmetrie der Schaltflanken 42c und 42e zur Lagegeberposition 52 bzw. zu dessen Längsmittelachse 25 (vgl. 3D) beeinträchtigt wäre.
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Wahlweise erfasst der im zweiten größeren Abstand 48 am Lagegeber vorbeibewegte Sensor gemäß Fig. 4B bei der Erfassung der Feldlinien 40 zu einem späteren Zeitpunkt als beim kleineren Abstand 46 ein Signal und liefert das zweite Schalt- bzw. Ausgangssignal 44, das bei Annäherung an das erste Feldstärkenmaximum 34 an einer ersten Schaltflanke 44a von „0“ auf „1“ springt, dort über die vergleichsweise kurze Signaldauer 44b verbleibt und bei Annäherung an das Feldstärkenminimum 36, das sich zwischen den benachbarten Maxima der Feldlinien 40 befindet, an einer zweiten Schaltflanke 44c wieder vom Wert „1“ auf den Wert „0“ zurückspringt. Beim Passieren des Minimums 36 zwischen den beiden symmetrisch zueinander angeordneten Feldlinien 40 bleibt das Signal 44 für eine längere Distanz 44d auf dem Wert „0“ und springt bei Annäherung an das zweite Feldstärkenmaximum 34 an einer dritten Schaltflanke 44e wiederum von „0“ auf „1“, verbleibt dort über die relativ kurze Signaldauer 44f, die ebenso lang bzw. kurz ist wie die Signaldauer 44b, auf diesem Wert „1“ und springt bei Entfernung vom zweiten Maximum 34 an einer vierten Schaltflanke 44g wieder vom Wert „1“ auf den Wert „0“ zurück. Bei der Verarbeitung des zweiten Schaltsignals 44 kann wiederum der Abstand 54 zwischen der zweiten Schaltflanke 44c und der dritten Schaltflanke 44e gemessen werden, wobei der halbe Abstand bzw. die halbe Länge des relativ langen Signalabschnittes 44d zwischen den benachbarten Schaltflanken 44c und 44e die exakte Position des Minimums 36 und damit die exakte und reproduzierbare Position 52 des Lagegebers liefert.
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Bei einer unsymmetrischen Anordnung der Feldlinienverläufe 40, wie sie etwa durch einen um seine Längsmittelachse 25 verdrehten Lagegeber 24 entsprechend 3D entstehen könnte, wäre etwa die Signaldauer 44f des zweiten Schaltsignals 44 (vgl. 4B) kürzer, während die Signaldauer 44b länger ausfallen würde. In diesem Fall wäre der Abstand 54 zwischen der zweiten Schaltflanke 44c und der dritten Schaltflanke 44e nur minimal verändert und die Symmetrie zwischen den beiden Schaltflanken 44c und 44e nicht oder nur minimal beeinträchtigt, so dass bis zu einem vertretbaren Drehwinkel von nicht mehr als etwa 45° die Messung durch Erfassung der Länge und der Position des den Abstand 54 repräsentierenden Signalabschnittes 44d zwischen den zweiten und dritten Schaltflanken 44c und 44e ohne nennenswerte Präzisionseinbußen unverändert möglich wäre. Bei einem die andere Richtung verdrehten Lagegeber wäre die Signaldauer 44b in entsprechender Weise reduziert, während die Signaldauer 44f entsprechend verlängert wäre, ohne dass dadurch die Symmetrie der Schaltflanken 44c und 44e zur Lagegeberposition 52 bzw. zu dessen Längsmittelachse 25 (vgl. 3D) beeinträchtigt wäre.
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Wie es der Vergleich der beiden vom Reedschalter 29 gelieferten Signale 42 ( 4A) und 44 (4B) verdeutlicht, führt der vergrößerte zweite Abstand 48 zu einer deutlich späteren Erfassung der Feldlinienmaxima 34 durch den Sensor, so dass sowohl die erste Schaltflanke 44a als auch die vierte Schaltflanke 44g jeweils näher an der durch das Minimum 36 definierten Position 52 des Lagegebers liegen. Gleichermaßen führt der größere Abstand 48 auch dazu, dass die den Wert „1“ bildenden Signalabschnitte 44b und 44f deutlich kürzer sind als die entsprechenden Signalabschnitte 42b und 42f des ersten Schaltsignals 42 des im ersten Abstand 46 zum Lagegeber befindlichen Sensors. Außerdem hat der größere Abstand 48 die Auswirkung, dass das Nullsignal 44d zwischen zweiter Schaltflanke 44c und dritter Schaltflanke 44e und damit der Abstand 54 deutlich länger ist als der Abstand 50 des ersten Signals 42. Die Berechnung der Position 52 ändert sich dadurch jedoch nicht, da die Symmetrie für beide Signale 42 und 44 gleichermaßen gegeben ist.
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Die schematische Darstellung der 5 zeigt eine vereinfachte Variante einer erfindungsgemäßen Positionsbestimmungseinrichtung 26. Hierbei ist der mindestens eine passive Lagegeber 24 durch ein am beweglichen Förderelement 12 bzw. Formatteil bzw. an der Förder- und/oder Schließkette 14 verankertes passives Element gebildet, das insbesondere durch ein metallisches Schaltstück 56 gebildet sein kann, das im Bereich der Positionsbestimmungseinrichtung 26 an zwei in definiertem Abstand voneinander positionierten aktiven Sensoren 28a und 28b in Pfeilrichtung auf der Förderstrecke 10 vorbeibewegt wird, so dass diese kapazitiv und/oder induktiv arbeitenden ortsfesten Sensoren 28a und 28b beim Passieren des am Förderelement 12 bzw. an der Förder- und/oder Schließkette 14 befindlichen Schaltstückes 56 eine Veränderung ihrer Feldlinienverläufe registrieren können, woraus sie durch Analyse des Signalverlaufs die exakte Position des Schaltstücks 56 bzw. seine Lageveränderungen bestimmen können. Eine solche vereinfachte Anordnung entspricht in etwa einem Induktionsschalter, der bei Annäherung eines die Feldlinienverläufe beeinflussenden Elements, das bspw. durch das gezeigte metallische Schaltstück 56 o. dgl. gebildet sein kann und das im vorliegenden Zusammenhang gegebenenfalls als Signalgeber oder Lagegeber 24 bezeichnet werden kann, aus den Signalveränderungen die sich verändernden Positionen des Elements, Schaltstücks 56 bzw. Signalgebers oder Lagegebers 24 bestimmen kann.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Förderstrecke
- 12
- Förderelement
- 14
- Förderkette, Schließkette, Förder- und/oder Schließkette, Kette
- 16
- Auflagefläche
- 18
- Kettenglied
- 20
- Faltfinger
- 22
- Hebelmechanismus
- 24
- Lagegeber
- 25
- Längsmittelachse, z-Achse
- 26
- Positionsbestimmungseinrichtung
- 27
- Trägerschiene
- 28
- Sensor
- 28a
- erster Sensor
- 28b
- zweiter Sensor
- 29
- Reedschalter, Reed-Kontaktschalter
- 30
- Trägerelement
- 32
- Lasche, abgewinkelte Lasche
- 34
- Maximum
- 36
- Minimum
- 38
- Ellipsoid
- 40
- Feldlinien
- 42
- erstes Schaltsignal, erstes Ausgangssignal
- 42a
- erste Schaltflanke (des ersten Ausgangssignals 42)
- 42b
- Signallänge, Signaldauer (Wert „1“ des ersten Ausgangssignals 42)
- 42c
- zweite Schaltflanke (des ersten Ausgangssignals 42)
- 42d
- Signallänge, Signaldauer (Wert „0“ des ersten Ausgangssignals 42)
- 42e
- dritte Schaltflanke (des ersten Ausgangssignals 42)
- 42f
- Signallänge, Signaldauer (Wert „1“ des ersten Ausgangssignals 42)
- 42g
- vierte Schaltflanke (des ersten Ausgangssignals 42)
- 44
- zweites Schaltsignal, zweites Ausgangssignal
- 44a
- erste Schaltflanke (des zweiten Ausgangssignals 44)
- 44b
- Signallänge, Signaldauer (Wert „1“ des zweiten Ausgangssignals 44)
- 44c
- zweite Schaltflanke (des zweiten Ausgangssignals 44)
- 44d
- Signallänge, Signaldauer (Wert „0“ des zweiten Ausgangssignals 44)
- 44e
- dritte Schaltflanke (des zweiten Ausgangssignals 44)
- 44f
- Signallänge, Signaldauer (Wert „1“ des zweiten Ausgangssignals 44)
- 44g
- vierte Schaltflanke (des zweiten Ausgangssignals 44)
- 46
- erster Abstand (Sensor vom Lagegeber)
- 48
- zweiter Abstand (Sensor vom Lagegeber)
- 50
- Abstand (zwischen zweiter Schaltflanke 42c und dritter Schaltflanke 42e des ersten Ausgangssignals 42)
- 52
- Position des Lagegebers
- 54
- Abstand (zwischen zweiter Schaltflanke 44c und dritter Schaltflanke 44e des zweiten Ausgangssignals 44)
- 56
- Schaltstück, passives Schaltstück, metallisches Schaltstück, ferromagnetisches Schaltstück
- 58
- Permanentmagnet
- 60
- magnetisch schaltbarer Kontakt, Reedkontakt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4642967 A [0003]
- US 3555776 A [0003]
- DE 102010049124 A1 [0005]
- DE 202012102759 U1 [0005]
- DE 102014226494 A1 [0005]
