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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Strahlauftrag von Kaltleim auf Etiketten für Behälter oder auf Paletten zum Transport der Etiketten gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 11.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren sind aus der
DE 10 2018 220 354 A1 bekannt, um Kaltleim auf an einem Palettenkarussell transportierte Etiketten aufzuspritzen und die Etiketten anschließend an auf einem Behälterkarussell umlaufende Behälter zu übergeben. Hierzu werden die Etiketten beispielsweise von am Palettenkarussell ausgebildeten Vakuumpaletten aus einem Etikettenmagazin aufgenommen und nach dem Auftragen des Kaltleims direkt an die Behälter übergeben. In ähnlicher Weise ist es möglich, den Kaltleim auf leer an einem Palettenkarussell umlaufende Paletten aufzuspritzen und mittels des Kaltleims Etiketten aus einem Etikettenmagazin zu entnehmen. Die Etiketten werden dann nicht direkt an die Behälter übergeben, sondern mittels eines zwischengeschalteten Transferzylinders.
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Für den Strahlauftrag wird ein Leimwerk mit wenigstens einem Druckkopf verwendet, an dem eine Vielzahl von Düsen ausgebildet sind, durch die der Kaltleim ausgestoßen werden kann. Zur individuellen Freigabe / Unterbindung des Leimausstoßes aus den einzelnen Düsen haben sich elektromagnetische Ventile bewährt, deren Ventilstößel mittels einer Spule elektromagnetisch gegen eine Rückstellfeder geöffnet werden. Die Ventilstößel können aus weichmagnetischem Material gefertigt sein und gegebenenfalls auch unabhängig von der Spulenpolarisation in die Spule bewegt werden.
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Um die Ventile schnell genug zu öffnen, wird zuerst eine vergleichsweise hohe Gleichspannung von beispielsweise 48 V an die Spule angelegt. Um die Ventile zum einen offenzuhalten und zum anderen thermische Schäden an den Ventilen zu vermeiden, wird die angelegte Gleichspannung nach einer Zeitspanne von beispielsweise 250 bis 800 µs durch eine niedrigere Gleichspannung von beispielsweise 15 V ersetzt. Diese unterschiedlichen Spannungsniveaus werden mit separaten Spannungsquellen erzeugt und wahlweise über eine Treiberplatine durchgeschaltet.
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Öffnungs- und Schließverhalten der Ventile beeinflussen zum einen die Qualität des Leimausstoßes und damit der Etikettierung und zum anderen deren Verschmutzungsgrad durch ungewollt erzeugte Leimtropfen. Eine diesbezügliche Optimierung ist gattungsgemäß möglich, indem man das jeweilige Niveau und die Zeitintervalle für die angelegten Spannungen, die mechanische Rückstellkraft der Ventile und/oder den dort anliegenden Zufuhrdruck des Kaltleims einstellt.
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Nachteilig ist dabei jedoch, dass das Schließverhalten der Ventile nur über die Rückstellkraft und den Zufuhrdruck und demzufolge nur in vergleichsweise engen Grenzen beeinflusst werden kann. Außerdem verändern solche Anpassungen gleichzeitig auch das Öffnungsverhalten der Ventile. Beispielsweise beschleunigt eine Reduzierung der Rückstellkraft das Öffnen der Ventile, während das Schließen dadurch verzögert wird.
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Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass sich das Öffnungsverhalten der Ventile durch Umschalten vorgegebener Gleichspannungsniveaus ebenso nur in begrenztem Umfang beeinflussen lässt. Außerdem erfordern die zur Erzeugung der Spannungsniveaus verwendeten getrennten Netzteile einen unerwünschten Platzbedarf und apparativen Aufwand. Zudem ist eine Veränderung der einzelnen Spannungsniveaus beispielsweise zur Anpassung an eine vorgegebene Verarbeitungsgeschwindigkeit oder Viskosität des Kaltleims oftmals nur durch schaltungstechnische Maßnahmen möglich, beispielsweise durch Austausch elektronischer Bauteile.
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Es besteht daher ein Bedarf für demgegenüber verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zum Strahlauftrag von Kaltleim aus einem Druckkopf mit einer Vielzahl von Düsen. Die gestellte Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und mit einem Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Vorrichtung, die auch als Leimwerk bezeichnet werden kann, eignet sich demnach zum Strahlauftrag von Kaltleim auf Etiketten für Behälter, wie beispielsweise Flaschen oder Dosen, und/oder auf Paletten zum Transport der Etiketten. Die Vorrichtung umfasst zu diesem Zweck wenigstens einen Druckkopf mit Düsen zur Abgabe des Kaltleims und mit diesen zugeordneten elektromagnetischen Ventilen zum Freigeben / Unterbinden eines Zuflusses des Kaltleims zur jeweiligen Düse. Die Ventile können durch Anlegen einer Öffnungsspannung geöffnet werden. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Spannungsversorgung zum individuell gesteuerten Anlegen der Öffnungsspannung an den Ventilen. Das heißt, die Öffnungsspannung kann individuell für einzelne Ventile und/oder für Gruppen von Ventilen angelegt werden, um diese selektiv zu öffnen.
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Erfindungsgemäß umfasst die Spannungsversorgung den Ventilen jeweils zugeordnete H-Brückenschaltungen, um mit diesen jeweils eine Haltespannung zum Offenhalten der Ventile mittels Pulsweitenmodulation und/oder eine Schließspannung zum Schließen der Ventile durch Polarisationsumkehr zu erzeugen.
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Die Pulsweitenmodulation und die Polarisationsumkehr können jeweils als Spannungswandlung ausgehend von einer an den H-Brückenschaltungen anliegenden Versorgungsgleichspannung angesehen werden.
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Mit H-Brückenschaltungen kann sowohl eine zur Öffnungsspannung entgegengesetzt gepolte Schließspannung zum Schließen der Ventile als auch eine wie die Öffnungsspannung gepolte aber demgegenüber niedrigere Haltespannung zum Offenhalten der Ventile individuell gesteuert an den Ventilen angelegt werden.
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Somit können beispielsweise unterschiedliche Spannungsniveaus zum Öffnen und Offenhalten der Ventile ohne Verwendung separater Netzteile flexibel und unabhängig voneinander eingestellt werden.
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Die Vorrichtung umfasst beispielsweise wenigstens zehn Düsen und Ventile sowie zugeordnete H-Brückenschaltungen. Die Düsen sind beispielsweise linienförmig oder rasterförmig an wenigstens einem Druckkopf angeordnet.
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Beispielsweise können die H-Brückenschaltungen dazu ausgebildet sein, die Haltespannung durch Pulsweitenmodulation in Form einer Effektivspannung bereitzustellen, die auf höchstens die Hälfte und insbesondere auf höchstens ein Drittel der Öffnungsspannung reduziert ist.
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Mit der entgegengesetzt gepolten Schließspannung kann das Schließverhalten der Ventile ohne Beeinflussung ihres Öffnungsverhaltens gezielt verändert werden.
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Pulsweitenmodulation und Polarisationsumkehr mittels H-Brückenschaltungen lässt sich relativ einfach mittels Halbleiterschaltern erzeugen, die beispielsweise auf einer gemeinsamen Schaltungsplatine angeordnet sind.
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Die Spannungsversorgung ist beispielsweise ausgebildet, wahlweise die Öffnungsspannung, die Haltespannung oder die Schließspannung an den Ventilen individuell gesteuert anzulegen.
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Die Spannungsversorgung umfasst vorzugsweise eine Spannungsquelle zur Erzeugung einer Versorgungsgleichspannung, wobei die H-Brückenschaltungen dann dazu ausgebildet sind, die Schließspannung aus der Versorgungsgleichspannung mittels Polarisationsumkehr und/oder die Haltespannung aus der Versorgungsgleichspannung mittels Pulsweitenmodulation zu erzeugen. Getrennte Spannungsquellen zur Erzeugung der genannten Spannungen sind dann entbehrlich. Somit lässt sich der apparative Aufwand zur Erzeugung unterschiedlicher Spannungsniveaus und unterschiedlicher Spannungspolaritäten der Schließspannung, Haltespannung und Öffnungsspannung minimieren.
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Vorzugsweise umfassen die Ventile jeweils eine an die Spannungsversorgung angeschlossene Antriebsspule und einen davon angetriebenen weichmagnetischen Ventilstößel. Derartige Ventile eignen sich für die vergleichsweise hohen Zufuhrdrücke des Kaltleims und ermöglichen eine zuverlässige Funktion von Druckköpfen zum Strahlauftrag des Kaltleims. Prinzipiell denkbar wären auch permanentmagnetische Ventilstößel.
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Vorzugsweise sind die H-Brückenschaltungen dann zum Anlegen der Schließspannung derart eingerichtet, dass dadurch die Antriebsspulen offengehaltener Ventile entmagnetisiert und/oder die zugehörigen Ventilstößel in Schließrichtung bewegt werden können.
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Die Ventile können durch eine solche aktive Entmagnetisierung der Antriebsspulen schneller geschlossen werden, beispielsweise mittels einer demzufolge schneller wirksamen mechanischen Rückstellkraft. Mit der Schließspannung kann eine mechanische Rückstellkraft aber auch durch eine elektromagnetische Rückstellkraft ergänzt oder gegebenenfalls ersetzt werden.
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Die Schließspannung kann (zusätzlich zur Polarisationsumkehr) mittels Pulsweitenmodulation erzeugt werden, also mit einer dem Betrag nach gegenüber der Öffnungsspannung niedrigeren Effektivspannung. Mittels der H-Brückenschaltungen könnten gegebenenfalls unterschiedliche Spannungsniveaus auch für die Schließspannung eingestellt werden, um beispielsweise eine Entmagnetisierung von Antriebsspulen und/oder einen Antrieb zugeordneter Ventilstößel in Schließrichtung gezielt zu optimieren. Eine entsprechende Anpassung der Pulsweitenmodulation ist beispielsweise durch Programmierung einer Steuereinheit der Spannungsversorgung möglich, also mittels Software, so dass Veränderungen von Schaltungskomponenten, also der Hardware, hierfür nicht erforderlich sind.
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Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ferner eine elektronische Steuereinheit, mit der wenigstens die Höhe der Haltespannung und insbesondere unabhängig davon ferner die Höhe der Schließspannung auf einen Anteil der Öffnungsspannung eingestellt werden kann. Dadurch kann beispielsweise das Offenhalten der Ventile an einen Zufuhrdruck des Kaltleims von beispielsweise 1 bis 40 bar und/oder dessen Eigenschaften angepasst werden, um die Funktion und/oder Lebensdauer der Ventile zu optimieren. Auch kann das Schließverhalten der Ventile optimiert werden, ohne dadurch auch das Öffnungsverhalten zu beeinflussen.
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Die Steuereinheit kann hierfür beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder ein FPGA (Field Programmable Gate Array) umfassen. Es wird dann beispielsweise ein Maschinentakt von einer speicherprogrammierbaren Steuerung an einen Mikrocontroller gesendet, der daraus die benötigten Schaltstellungen aller Ventile ermittelt. Das eigentliche Schalten der Ventile einschließlich zeitlicher Steuerung der verschiedenen Spannungen kann dann mittels eines FPGA ausgeführt werden. Es wäre aber auch eine direkte Steuerung der einzelnen Ventile durch den Mikrocontroller denkbar.
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Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinheit derart eingerichtet, dass ein zeitlicher Verlauf des jeweiligen Spannungsanstiegs und/oder Spannungsabfalls eingestellt werden kann. Beispielsweise kann der Spannungsverlauf von einer (positiven) Haltespannung auf eine (negative) Schließspannung optimiert werden. Hierfür wären beispielsweise ein rechteckförmiger, graduell linearer oder exponentieller Spannungsabfall oder Mischformen davon denkbar. Entsprechendes gilt für einen Spannungsanstieg ausgehend von der Schließspannung oder einer Spannungsunterbrechung auf die Öffnungsspannung. Somit ist beispielsweise ein ausreichend schnelles Öffnen und Schließen sowie schonendes Offenhalten der Ventile möglich.
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Die Vorrichtung / das Leimwerk gemäß wenigstens einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen ist vorzugsweise Bestandteil einer Etikettiermaschine, die ferner ein Behälterkarussell, ein Palettenkarussell und ein Etikettenmagazin umfasst. Die Vorrichtung / das Leimwerk ist dann derart angeordnet, dass der Kaltleim damit entweder auf Etiketten abgegeben werden kann, die auf dem Palettenkarussell zum Behälterkarussell transportiert werden, oder auf am Palettenkarussell leer zum Etikettenmagazin umlaufende Paletten. Solche Etikettiermaschinen lassen sich vergleichsweise flexibel und einfach an unterschiedliche Formate von Etiketten und/oder Behältern anpassen.
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Das beschriebene Verfahren dient zum Strahlauftrag von Kaltleim auf Etiketten für Behälter, wie beispielsweise Getränkeflaschen oder -dosen, oder auf Paletten zum Transport der Etiketten. Zu diesem Zweck wird der Kaltleim wahlweise von einer Vielzahl von Düsen abgegeben, insbesondere von wenigstens zehn Düsen, und sein Zufluss zu den Düsen mittels diesen zugeordneten elektromagnetischer Ventile freigegeben oder unterbunden, wobei man die Ventile durch individuell gesteuertes Anlegen einer Öffnungsspannung öffnet.
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Erfindungsgemäß schließt man die Ventile mittels einer in zugeordneten H-Brückenschaltungen durch Polarisationsumkehr erzeugten und zur Öffnungsspannung entgegengesetzt gepolten Schließspannung, und/oder man hält die Ventile mittels einer in H-Brückenschaltungen durch Pulsweitenmodulation erzeugten Haltespannung offen, die niedriger ist als die Öffnungsspannung. Damit lassen sich die bezüglich des Anspruchs 1 beschriebenen Vorteile erzielen.
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Vorzugsweise erzeugt man die Öffnungsspannung, die Haltespannung und die Schließspannung aus einer gemeinsamen Versorgungsgleichspannung. Damit lässt sich der apparative Aufwand zur Erzeugung von Spannungen mit unterschiedlicher Polung und/oder unterschiedlicher Niveaus minimieren.
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Vorzugsweise werden Antriebsspulen offengehaltener und zu schließender Ventile mittels der Schließspannung entmagnetisiert, und/oder Ventilstößel zu schließender Ventile werden mittels der Schließspannung in Schließrichtung bewegt. Damit lässt sich das Schließverhalten flexibel optimieren.
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Vorzugsweise werden die Ventile mittels Rückstellfedern geschlossen und/oder mechanisch geschlossen gehalten. Die Ventile können dann ohne Versorgungsspannung geschlossen gehalten werden, beispielsweise während Betriebspausen und/oder im Störungsfall.
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Vorzugsweise wird die Schließspannung an einem im Bereich der Ventile herrschenden Zufuhrdruck des Kaltleims mittels Programmierung einer den H-Brückenschaltungen zugeordneten elektronischen Steuereinheit angepasst. Dadurch kann der Betrieb der Vorrichtung an unterschiedliche Leimsorten, Ausstoßgeschwindigkeiten oder dergleichen angepasst werden.
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Die Erfindung und ihre Ausführungsformen weisen vorzugsweise einander prinzipiell entsprechende Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmale auf (auch wo dies nicht explizit angegeben ist).
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist zeichnerisch dargestellt. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung;
- 2 durch Pulsweitenmodulation und Polarisationsumkehr erzeugte Spannungen;
- 3A-3C Schaltzustände einer H-Brückenschaltung; und
- 4 eine schematische Darstellung einer Etikettiermaschine.
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Wie die 1, 3A bis 3C und 4 in der Zusammenschau erkennen lassen, umfasst die Vorrichtung 1 zum Strahlauftrag von Kaltleim 2 auf Etiketten 3 für Behälter 4 oder zum Strahlauftrag des Kaltleims 2 auf Paletten 5 zum Transport der Etiketten 3 wenigstens einen Druckkopf 6 mit daran vorzugsweise linienförmig oder rasterförmig angeordneten Düsen 7 zur Abgabe des Kaltleims 2 und mit diesen zugeordneten elektromagnetischen Ventilen 8 zum wahlweisen Freigeben und Unterbinden eines Zuflusses des Kaltleims 2 zur jeweiligen Düse 7. Die Vorrichtung 1 umfasst zu diesem Zweck vorzugsweise wenigstens vier und insbesondere wenigstens acht derartige Düsen 7 und Ventile 8. Beispielsweise kann der Druckkopf 6 aus wenigstens einem und insbesondere wenigstens zwei Druckmodulen (nicht dargestellt) mit jeweils acht Düsen 7 aufgebaut sein.
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Die Vorrichtung 1, die man auch als Leimwerk bezeichnen kann, umfasst ferner eine Spannungsversorgung 9 für die Ventile 8 mit einer Spannungsquelle 9a, einem Spannungswandler 9b und einer elektronischen Steuereinheit 9c. Der Spannungswandler 9b ist mehrkanalig und umfasst dementsprechend mehrere den Ventilen 8 insbesondere einzeln zugeordnete H-Brückenschaltungen 10 jeweils mit Halbleiterschaltern 11a bis 11d.
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Die Steuereinheit 9c umfasst beispielsweise einen Mikrocontroller und FGPA. Die Spannungsversorgung 9 kann beispielsweise eine Steuerplatine 9d mit fest verdrahteter Spannungsquelle 9a und Steuereinheit 9c umfassen. Der mehrkanalige Spannungswandler 9b kann beispielsweise in Form auf der Steuerplatine 9d gesteckter Treiberplatinen ausgebildet werden.
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Die Spannungsversorgung 9 insgesamt oder gegebenenfalls auch nur der Spannungswandler 9b ist vorzugsweise im Druckkopf 6 angeordnet.
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Eine Vielzahl vorhandener Düsen 7, Ventile 8 und H-Brückenschaltungen 10 ist stellvertretend jeweils durch eine spaltenförmige Anordnung von Punkten in der 1 angedeutet.
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Dem Druckkopf 6 / der Spannungsversorgung 9 ist beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung 12 zugeordnet, welche einen Maschinentakt 12a an die Steuereinheit 9c übermittelt. Diese erzeugt auf dieser Grundlage Steuersignale 9e zur Steuerung der H-Brückenschaltungen 10 derart, dass die Ventile 8 damit individuell durch Anlegen einer Öffnungsspannung 13 geöffnet, durch Anlegen einer Haltespannung 14 offengehalten und durch Anlegen einer Schließspannung 15 geschlossen werden können. Die Schließspannung 15 kann dazu dienen, in den Ventilen 8 vorhandene Antriebsspulen 8a zu entmagnetisieren und/oder einen jeweils zugeordneten Ventilstößel 8b aktiv in Schließrichtung des Ventils 8 anzutreiben.
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Die Haltespannung 14 wird durch Pulsweitenmodulation und die Schließspannung 15 durch Polarisationsumkehr jeweils in den H-Brückenschaltungen 11 aus einer von der Spannungsquelle 9a erzeugten und beispielsweise dauerhaft anliegenden Versorgungsgleichspannung 16 erzeugt. Die Öffnungsspannung 13 kann identisch mit der Versorgungsgleichspannung 16 sein, die Schließspannung 15 dem Betrag nach ebenfalls. Dies ist in der 1 beispielhaft anhand von Rechteckimpulsen angedeutet.
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Wie die 2 in einem Spannungs-Zeit-Diagramm (U-t-Diagramm) erkennen lässt, führen die Pulsweitenmodulation und die Polarisationsumkehr zu unterschiedlich hohen und/oder gepolten Effektivspannungen 17a - 17c, wobei die Öffnungsspannung 13 bzw. erste Effektivspannung 17a der Versorgungsgleichspannung 16 entsprechen kann. Die Haltespannung 14 bzw. zweite Effektivspannung 17b ist demgegenüber niedriger, und die Öffnungsspannung 15 bzw. dritte Effektivspannung 17c ist demgegenüber entgegengesetzt gepolt und dem Betrag nach beispielsweise der Öffnungsspannung 13 bzw. ersten Effektivspannung 17a entsprechend.
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Der zeitliche Wechsel zwischen der Öffnungsspannung 13, der Haltespannung 14 und der Schließspannung 15 ist in der 2 beispielhaft und schematisch verdeutlicht. Demnach wird mit den H-Brückenschaltungen 10 durch Pulsweitenmodulation und/oder Polarisationsumkehr aus der Versorgungsgleichspannung 16 jeweils eine der Effektivspannungen 17a - 17c erzeugt, die innerhalb eines Öffnungszeitintervalls 18 der Öffnungsspannung 13, innerhalb eines Haltezeitintervalls 19 der Haltespannung 14 und innerhalb eines Schließzeitintervalls 20 der Schließspannung 15 entspricht.
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Die 2 verdeutlicht zudem, dass durch Pulsweitenmodulation nicht nur Rechteckspannungen unterschiedlicher Pulsweite und Pausendauer aneinandergereiht werden können, sondern auch unterschiedliche zeitliche Verläufe 17d, 17e im Sinne von unterschiedlichen Spannungsanstiegen und/oder Spannungsabfällen der Öffnungsspannung 13, Haltespannung 14 und/oder Schließspannung 15 vorgegeben werden können. Dies ist vereinfacht und stellvertretend lediglich durch zwei beispielhafte gestrichelte Kurven angedeutet.
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Das Öffnungszeitintervall 18 beträgt beispielsweise 100 µs bis 1 ms, insbesondere 250 bis 800 µs. Dadurch lässt sich das Öffnungsverhalten dynamisch ausreichend beeinflussen. Längere Öffnungszeitintervalle 18 wären aber prinzipiell möglich, falls die zugeordneten Antriebsspulen 8a der dadurch verursachten thermischen Belastung standhalten.
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Das Haltezeitintervall 19 kann als eine Druckdauer des jeweiligen Ventils 8 und der zugeordneten Düsen 7 verstanden werden und ist von der verwendeten Druckvorlage abhängig. Das heißt, es wird im Wesentlichen während des Haltezeitintervalls 19 durch die zugeordnete Düse 7 Leim ausgestoßen und somit gedruckt.
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Das Schließzeitintervall 20, in dem die Schließspannung 15 am Ventil 8 anliegt, beträgt beispielsweise 50 bis 100 µs.
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Die Öffnungsspannung 13 ist vorzugsweise identisch mit der Versorgungsgleichspannung 16 und beträgt beispielsweise 45 bis 50 V. Es wäre aber auch denkbar, die Öffnungsspannung 13 aus einer demgegenüber höheren Versorgungsgleichspannung 16 durch Pulsweitenmodulation zu erzeugen. Die Schließspannung 15 entspricht vom Betrag her vorzugsweise der Öffnungsspannung 13, ist demgegenüber jedoch entgegengesetzt gepolt. Die Haltespannung 14 beträgt beispielsweise 10 bis 20 V.
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Es versteht sich, dass die Antriebsspule 8a einen vorzugsweise weichmagnetischen Ventilstößel 8b bei anliegender Öffnungsspannung 13 beispielsweise gegen eine Rückstellfeder 8c (schematisch in der 1 angedeutet) in Öffnungsrichtung des Ventils 8 bewegen kann und das Ventil 8 bei anliegender Haltespannung 14 offenhält.
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Die Schließspannung 15 bewirkt vorzugsweise wenigstens eine Entmagnetisierung der jeweils im Ventil 8 vorhandenen Antriebspule 8a. Die Schließspannung 15 ist am Schließvorgang des jeweiligen Ventils 8 dann dahingehend beteiligt, dass sie die Antriebsspule 8a ausgehend von ihrer Magnetisierung bei Haltespannung 14 aktiv entmagnetisiert und den Schließvorgang gegenüber passiver Entmagnetisierung durch bloßes Abschalten der Haltespannung 14 verkürzt.
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Darüber hinaus kann die Schließspannung 15 einen den Ventilstößel 8b in Schließrichtung antreibenden Stromfluss durch die Antriebsspule 8a bewirken. Folglich ist mit der Schließspannung 15 eine aktive Betätigung des Ventilstößels 8b in Schließrichtung möglich.
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Die reduzierte zweite Effektivspannung 17b im Haltezeitintervall 19 dient einer langfristig schonenden Betätigung der Ventile 8, um beispielsweise eine Überhitzung durch längeres Anlegen der Öffnungsspannung 13 beim Drucken zu vermeiden.
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Demgegenüber werden die Öffnungsspannung 13 und die Schließspannung 15 nur vergleichsweise kurzfristig zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Ventils 8 angelegt, so dass sich hierfür die Versorgunggleichspannung 16 eignet und eine Pulsweitenmodulation zur diesbezüglichen Spannungsreduzierung der ersten und zweiten Effektivspannung 17a, 17c entbehrlich ist.
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Die 3A bis 3C verdeutlichen die vorteilhafte Funktion der H-Brückenschaltungen 10. Demnach umfasst jede H-Brückenschaltung 10 beispielsweise vier Halbleiterschalter 11 a, 11b, 11c, 11d, von denen je einer zwischen den Anschlüssen der Antriebsspule 8a und der Versorgungsgleichspannung 16 und je einer zwischen den Anschlüssen der Antriebsspule 8a und dem Massepotential oder dergleichen angeordnet ist.
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In der 3A sind sämtliche Halbleiterschalter 11a bis 11d geöffnet, was während eines Pausentakts der Pulsweitenmodulation oder bei genereller Unterbrechung der Spannungsversorgung des jeweils zugeordneten Ventils 8 der Fall ist.
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In der 3B sind die beiden Halbleiterschalter 11 a und 11d geschlossen, so dass die Antriebsspule 8a von elektrischem Strom 21 in Öffnungsrichtung 22 durchflossen wird, wie es beispielsweise während Spannungspulsen im Haltezeitintervall 19 prinzipiell der Fall ist.
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In der 3C ist die diesbezügliche Polarisationsumkehr dargestellt, bei der die beiden anderen Halbleiterschalter 11b und 11c der H-Brückenschaltung 10 geschlossen sind, so dass ein elektrischer Strom 21 in Schließrichtung 23 durch die Antriebsspule 8a fließt.
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Die dabei jeweils an der Antriebsspule 8a anliegende Effektivspannung 17a, 17b, 17c richtet sich nach der Pulsweitenmodulation, also dem zeitlichen Taktverhältnis zwischen dem in der 3A dargestellten Zustand mit geöffneten Halbleiterschaltern 11a bis 11d und den in der 3B oder 3C dargestellten Zuständen, in dem der elektrische Strom 21 entweder in Öffnungsrichtung 22 oder Schließrichtung 23 durch die Antriebsspule 8a fließt.
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Somit können mit der H-Brückenschaltung 10 sowohl bezüglich ihres Betrags unterschiedliche Effektivspannungen 17a - 17c erzeugt als auch deren Polarisationsumkehr durch gezielt paarweises Schließen der Halbleiterschalter 11a und 11d oder der Halbleiterschalter 11b und 11c bewirkt werden.
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Die beschriebene H-Brückenschaltung 10 eignet sich aufgrund ihres einfachen Aufbaus in besonderem Maße für die beschriebene mehrkanalige Spannungswandlung für eine Vielzahl von Ventilen 8, also für die Schaltfunktionen zur Pulsweitenmodulation und Polarisationsumkehr.
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Wie die 4 erkennen lässt, ist die Vorrichtung 1 beispielsweise Bestandteil einer Etikettiermaschine 31 mit einem Behälterkarussell 32, auf dem die zu etikettierenden Behälter 4 beispielsweise auf Drehtellern (nicht dargestellt) stehend entlang einer Kreisbahn umlaufen. Im Beispiel werden an den Behältern 4 anzubringende Etiketten 3 mittels an einem Palettenkarussell 33 umlaufender Paletten 5 beispielsweise vakuumgestützt aus einem Etikettenmagazin 34 entnommen. Die von den Paletten 5 aufgenommenen Etiketten 3 werden dann durch den Arbeitsbereich der Vorrichtung 1 transportiert und aus den Düsen 7, die beispielsweise rasterförmig am Druckkopf 6 angeordnet sind, durch wahlweises Anlegen der Öffnungsspannung 13, der Haltespannung 14 und der Schließspannung 15 an den zugeordneten Ventilen 8 mit Kaltleim 2 beschichtet. Die derart beschichteten Etiketten 3 werden dann von den Paletten 5 direkt an die zu etikettierenden Behälter 4 übergeben.
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Es wäre alternativ aber auch denkbar, unbestückte Paletten 5 durch den Bereich der Vorrichtung 1 zu fahren, wie beschrieben mit Kaltleim 2 zu beschichten und mit dessen Hilfe die Etiketten 3 aus einem Etikettenmagazin 34 zu entnehmen und von den Paletten 5 an einem Transferzylinder (nicht dargestellt) zu übergeben. Die Etiketten 3 würden dann also nicht direkt von den Paletten 5 an die Behälter 4 übergeben, sondern mittels des Transferzylinders. Dieses Vorgehen ist an sich bekannt und daher nicht separat dargestellt.
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In beiden Fällen kann der Kaltleim 2 vergleichsweise schnell und präzise durch Anlegen der Öffnungsspannung 13, der Haltespannung 14 und der Schließspannung 15 an den einzelnen Ventilen 8 ausgestoßen werden.
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Die getrennt voneinander und mit unterschiedlicher Polarität einstellbaren Öffnungsspannungen 13, Haltespannungen 14 und Schließspannungen 15 ermöglichen, dass das Öffnungsverhalten und Schließverhalten der einzelnen Ventile 8 beispielsweise an einen im Bereich des Druckkopfs 6 / der Ventile 8 herrschenden Zufuhrdruck 35 des Kaltleims 2 von vorzugsweise 1 bis 40 bar angepasst werden kann.
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Ebenso können das Öffnungsverhalten und das Schließverhalten der Ventile 8 anhand der Öffnungsspannung 13, der Haltespannung 14 und der Schließspannung 15 prinzipiell unabhängig voneinander angepasst werden und/oder an die Rückstellkraft von Rückstellfedern 8c zum Schließen der Ventile 8 angepasst werden.
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Beispielsweise kann die Schließspannung 15 so eingestellt werden, dass die Antriebsspulen 8a zum einen aktiv entmagnetisiert und/oder die Schließkraft einer Rückstellfeder 8c zum anderen aktiv unterstützt wird. Ebenso wäre es denkbar, die Ventile 8 ausschließlich durch Anlegen einer geeigneten Schließspannung 15 zu schließen und geschlossen zu halten. Andererseits bieten mechanische Rückstellfedern 8c den Vorteil, dass die Ventile 8 auch im stromlosen Zustand des Druckkopfs 6 zuverlässig geschlossen sind.
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Die beschriebenen Pulsweitenmodulation ermöglicht hierbei eine besonders flexible Optimierung des Öffnungs- und/oder Schließverhaltens der Ventile 8, beispielsweise durch Vorgabe bestimmter zeitlicher Verläufe 17d, 17e der Öffnungsspannung 13 und/oder der Haltespannung 14 und/oder der Schließspannung 15 im Sinne von jeweiligem Spannungsanstieg und/oder -abfall.
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Die Pulsweitenmodulation erübrigt Erzeugung und Umschalten unterschiedlicher Festspannungen mittels separater Netzteile und/oder den einzelnen Spannungsniveaus zugeordneter Schaltungskomponenten. Stattdessen können Öffnungs-, Halte- und/oder Schließspannungen 13 bis 15 durch geeignete Programmierung der Steuereinheit 9c flexibel und ohne Schaltungsänderungen (Hardware) an unterschiedliche Anwendungen und Anforderungen angepasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018220354 A1 [0002]
