EP1663791A2 - Verfahren und vorrichtung zum etikettieren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum etikettieren

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EP1663791A2
EP1663791A2 EP04764782A EP04764782A EP1663791A2 EP 1663791 A2 EP1663791 A2 EP 1663791A2 EP 04764782 A EP04764782 A EP 04764782A EP 04764782 A EP04764782 A EP 04764782A EP 1663791 A2 EP1663791 A2 EP 1663791A2
Authority
EP
European Patent Office
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label
motor
phase
movement
label tape
Prior art date
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EP04764782A
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English (en)
French (fr)
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EP1663791B1 (de
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Roger Thiel
Thomas Osswald
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Herma GmbH
Original Assignee
Herma GmbH
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by Herma GmbH filed Critical Herma GmbH
Publication of EP1663791A2 publication Critical patent/EP1663791A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1663791B1 publication Critical patent/EP1663791B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65C—LABELLING OR TAGGING MACHINES, APPARATUS, OR PROCESSES
    • B65C9/00—Details of labelling machines or apparatus
    • B65C9/40—Controls; Safety devices
    • B65C9/42—Label feed control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
    • Y10T156/1052—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with cutting, punching, tearing or severing
    • Y10T156/1082—Partial cutting bonded sandwich [e.g., grooving or incising]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T156/1052—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with cutting, punching, tearing or severing
    • Y10T156/1084—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with cutting, punching, tearing or severing of continuous or running length bonded web
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T156/17—Surface bonding means and/or assemblymeans with work feeding or handling means
    • Y10T156/1702—For plural parts or plural areas of single part
    • Y10T156/1744—Means bringing discrete articles into assembled relationship
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T156/1744—Means bringing discrete articles into assembled relationship
    • Y10T156/1768—Means simultaneously conveying plural articles from a single source and serially presenting them to an assembly station

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for labeling.
  • a label sensor is used which is mounted at a specific location on a labeling device, preferably very close to the location where the labels are dispensed. This position is determined empirically by the machine's adjuster. If a label comes to this sensor, it generates an impulse which is then used to switch off the drive.
  • this object is achieved by the subject matter of patent claim 1.
  • a predetermined position of the label tape e.g. on a label edge, the target position at which the movement is to be completed, redefined while the motor is running. This happens e.g. by entering a defined distance-to-go, also called overtravel, as the target position in the controller.
  • This distance to go is usually defined by the user, e.g. 13 mm from a certain physical characteristic of a label or carrier tape, for example from an edge, a hole, a marking, etc.
  • the label tape then moves 13 mm after passing through the predetermined position and remains after this 13 mm, and this distance from 13 mm, label after label is kept unchanged.
  • the object is achieved by the subject matter of claim 10.
  • Such an arrangement enables - by the exact specification of the distance to go - a very precise labeling even if the fluctuations in production, change in air humidity, etc. Label division varies somewhat.
  • the exact adherence to a remaining path during labeling has the following advantages in particular: a) The accuracy of the movement sequence is decisively increased. b) The reproducibility of the movement is very good. c) So-called division errors of the label tape only play a subordinate role, since they can be largely suppressed by suitable selection of the specified measuring point. d) The position of a label at the end of a movement process can be set very easily by changing the distance to go. e) A labeling device, a label printer or the like can in many cases be set to a different label format without having to change the position of the label sensor used. f) Labels missing on the label tape can be "skipped", ie the machine continues to run despite the missing information and is not switched off by the error.
  • this object is achieved by the subject matter of claim 22.
  • Such a method enables very fast and precise labeling, changes in the labeling speed being possible without changing the precision of the labeling.
  • a corresponding arrangement is the subject of claim 32.
  • the shape of the movement profile is automatically adapted when the labeling speed is changed, and consequently precise labeling is always obtained, regardless of whether this takes place slowly or quickly.
  • a very compact and powerful labeling device is obtained according to a further aspect of the invention by the subject matter of claim 57. In many cases, this saves additional control cabinets etc. and consequently has low costs for assembly and, if necessary, changes to a labeling device. In addition, cleaning is made easier and compliance with higher electrical protection classes is possible without increased expenditure, which makes it possible to use such labeling devices in refineries and other potentially explosive facilities.
  • Such a drive and a method according to the invention can also be used for other purposes, e.g. For the fast and precise drive of turntables for filling drinks or for labeling bottles.
  • 1 is a plan view of a conventional label tape
  • FIG. 2 is a side view of the label tape of FIG. 1, seen in the direction of arrow II of FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a labeling device according to a preferred embodiment of the invention, which is connected to a dispensing or detaching edge to form a functional unit
  • 4 is an overview circuit diagram of a labeling device according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a labeling device in the state before the start of a labeling process
  • FIG. 6 is an illustration of the labeling device according to FIG. 5 in the course of a labeling process and at the point at which a remaining distance is entered into the position controller,
  • FIG. 7 is an illustration of the labeling device of FIGS. 5 and 6 after the labeling process has been completed
  • FIG. 8 shows a schematic representation of the processes involved in dispensing a label from a label strip, which is shown in FIG. 8 below,
  • FIG. 9 is a representation analogous to FIG. 8, which shows the area calculation using a simple example
  • FIG. 10 shows a representation analogous to FIG. 9, but for a higher labeling speed with the same label tape as in FIG. 9,
  • FIG. 11 shows a representation analogous to FIGS. 9 and 10, but for a low labeling speed, likewise with the same label tape as in FIGS. 9 and 10,
  • FIG. 15 shows a representation analogous to FIG. 13, in which the individual components of the controller 218 are graphically highlighted in order to facilitate understanding,
  • FIG. 16 shows a representation analogous to FIG. 3, but with a printer 280 arranged on the table 42, with which the labels 26 are printed before they are dispensed at the dispensing edge 30,
  • 17 is a sectional view taken along the line XVII-XVII of FIG. 3, 18 is a view seen in the direction of arrow XVIII of FIG. 17,
  • 20 is a diagram for explaining the function of a preferred embodiment of the position controller used.
  • Fig. 1 shows a top view of a label tape 20
  • Fig. 2 shows this tape in side view.
  • the dimensions in the height direction are shown extremely exaggerated to enable a better understanding of the invention.
  • the label tape 20 has in Fig. 2 below a carrier tape 22, usually made of paper, which is provided on its upper side in Fig. 2 with a adhesive layer 24, usually made of silicone.
  • Self-adhesive labels 26 are glued to the layer 24 by means of a pressure-sensitive adhesive layer 25.
  • These have a label length EL, which can be between a few millimeters and hundreds of millimeters. It is obvious that labeling performance can be higher with short labels than with long labels.
  • the direction of movement of the label band 20 is designated 29, and the front label edges in the direction of movement are 27. Since the label band 20 and the carrier tape 22 - apart from the presence or absence of labels 26 - are identical, the expression "the band 20 / 22 "used.
  • the detached label can also be applied directly to an object P to be labeled (FIG. 3), as is known to the person skilled in the art.
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of a labeling device 40 according to the invention.
  • This has a table 42 with the dispensing edge 30.
  • the dispensing edge 30 can also be movable if necessary, cf. European patent 0.248.375 HERMA GmbH.
  • the label tape 20 is drawn over this table 42 in the manner shown to the dispensing edge 30 and deflected there.
  • the foremost label 26 is detached from the carrier tape 22 in each working cycle and, for example, taken over by a suction plate (not shown) or dispensed directly in the so-called bypass to an object P passing by, which is to be labeled.
  • the suction plate is used to transfer the sucked label to a fixed object, e.g. a can, a cardboard box, or the like.
  • a label sensor 44 On the table 42 there is a label sensor 44, the function of which is when, for example, during the movement of the label tape 20 a leading edge 27 (FIG. 2) of a label 26 runs past the sensor 44 to generate a signal which triggers an interrupt, the function of which is described below in FIG. 12.
  • This can be any suitable sensor, e.g. an optical sensor, or an electrically or mechanically operating sensor, as is known to the person skilled in the art.
  • a labeling unit 46 is attached to the table 42.
  • the labeling unit 46 can be connected directly to the network via a power cable 48 and does not require any further control cabinets or the like, which greatly simplifies installation and use.
  • a supply roll 52 with label tape 20 is rotatably articulated on the device 46 via a support arm 50 indicated by dashed lines.
  • the latter is guided by the supply roller 52 via a deflection roller 54 and a pendulum arm 56.
  • the latter has a guide surface 58 with a low curvature, and it has the function of absorbing shocks in the label tape 20, which are unavoidable because of the high achievable tape speeds of over 100 m / min.
  • shocks, and the elastic properties of the carrier tape 22 complicate control processes because they are transient phenomena.
  • the unwinding roll 52 can also be driven by an electric motor (not shown), the speed of which is controlled by the position of the pendulum arm 56. This simplifies the regulation.
  • a loop can also be provided between the supply roll 52 and a tape brake 60, where the label tape, for example by means of a Vacuum, and by means of an optical loop query, is kept at a predetermined length so that it is fed to the band brake 60 with a constant tension.
  • This solution is particularly suitable for belt speeds that are greater than 80 m / min.
  • Corresponding "loop pre-rollers" are offered by HERMA GmbH.
  • the label tape 20 runs from the pendulum arm 56, 58 to a tape brake 60, the function of which is to maintain the tape 20 in a tensioned state between this brake 60 and the release edge 30 and up to the transport roller 62.
  • the band brake 60 generally acts as damping for the control system used. From the brake 60, the label tape 20 runs over the table 42 to the release edge 30, where the labels 26 are removed one after the other in operation, and the carrier tape 22 (without the labels 26) runs under the table 42 to a transport roller 62, which of the Motor 80 is driven via a transmission 83 (FIG. 17).
  • the carrier belt 22 is pressed against the transport roller 62 by a pressure roller 64 in order to transmit all movements of the transport roller 62 to the carrier belt 22.
  • the carrier tape 22 runs to a pendulum lever 66, which serves to compensate for impacts in the carrier tape 22, and from the pendulum lever 66 it continues to a carrier tape winding roller 68, which in turn is attached to the device 46 via a carrier arm 70 and together forms a compact unit with it.
  • the take-up reel 68 can be driven by a separate motor, which is not shown.
  • a product recognition sensor 72 which is connected to the device 46 via a line 74 and which supplies a start pulse when a product P moves past this sensor 72, is used to detect a product to be labeled. This start pulse then triggers a labeling process, as is known to the person skilled in the art.
  • Fig. 4 shows a preferred embodiment for the basic structure of the electrical part of the labeling device 46.
  • This uses a three-strand, electronically commutated internal rotor motor 80, which is coupled to an encoder 82 for generating position signals. From these position signals, e.g. 10,000 impulses can be derived.
  • the motor 80 drives the roller 62 of FIG. 3 via a gear 83, which is shown in FIGS. 17 and 18.
  • One revolution of the motor 80 corresponds approximately to a transport path of the belt 22 of 50 mm in the exemplary embodiment.
  • the motor 80 has a commutation control 84, here with an IGBT output stage 86, which is also shown in FIG. 19, driver stages 88 and a control via Optocoupler 90 to provide electrical isolation from the low voltage part. This is necessary because the motor 80 preferably works with a relatively high operating voltage (rectified voltage of the local AC or three-phase network).
  • the commutation is controlled in the usual way via Hall sensors (not shown) which are built into the encoder 82.
  • a PWM signal is supplied to the commutation controller 84 in a known manner via a line 91, in particular for current limitation.
  • the motor 80 is supplied with energy from an AC or three-phase network 92. To avoid EMC interference, this is done via a line filter and distribution board 94. This has fuses 96, chokes (inductors) 98 and capacitors 100 as usual.
  • a DC link 106 is connected to the output 102 of the board 94 via a rectifier arrangement 104 connected to which smoothing capacitors 108 and a short-circuit detector 110 are assigned.
  • the DC intermediate circuit 106 feeds the motor 8O via the output stage 86 (in the form of a three-phase full bridge, which is often also referred to as an inverter - “PWM inverter”).
  • the voltage across it depends on the voltage on the network 92, which e.g. can be between 85 and 265 V AC, or in a DC voltage range from 120 to 375 V.
  • the voltage on the motor 80 is dependent on a PWM signal which is generated by a DSP 116 and is supplied via a line 91.
  • the current in two of the three phases of the motor 80 is detected via current transformers 112, 114, amplified to a desired level via two operational amplifiers 113, 115, and fed to the arrangement 116 for digital signal processing, preferably a 16-bit digital signal processor (DSP ), e.g. of type 2407, in which a motor control and a single-axis positioning system are integrated.
  • DSP digital signal processor
  • the output pulses of the encoder 82 are also fed to the DSP 116 via an RS 485 module 118 and a CPLD element 120, which enables position and speed control.
  • the CPLD element 120 (complex programmable logic device) is used here to decode the serial signals from the encoder 82.
  • the two current transformers 112, 114 also make it possible to regulate and limit the current, which means that the motor 80 is started up with a starting ramp of predetermined slope 31 also enables a braking operation with a predetermined ramp steepness 32, that is to say a predetermined braking torque.
  • the DSP 116 supplies the signals for the commutation control 84, as well as the PWM signals on the, via a symbolically represented common connection (bus) 93 Line 91.
  • the DSP 116 is located on its own board 124, on which there is also an I / O interface 126, a sensor 128 for temperature detection on the board 124, an EEPROM 130 for storing a (possibly changeable) program, a RAM 132 as Buffer for arithmetic operations, and a reset IC 134 are located.
  • the latter serves to supply the reset input of the DSP 116 with a defined signal level when the power supply is switched on and off, thereby ensuring safe booting (starting) and shutting down the DSP 116.
  • a communication module 136 which serves for the connection between the DSP 116 and the outside world. This is connected to the DSP 116 via the I / O interface 126. It has a QEP interface 138 for connection to an external master encoder 140, which e.g. in the labeling of bottles controls both the movement of the bottles and the synchronous operation of the labeling device 46 at the same time.
  • a master encoder 140 is used to synchronize the speed of the products P with the speed of the labels 26, no fixed value is used by the potentiometer, but the speed is specified by this encoder.
  • the start sensor 72 has a dead time which leads to different positioning of the labels 26 when the speed of the product P changes. To avoid this, a start compensation of this dead time is calculated in the form of a path on the basis of a dead time to be entered and the current speed of the products P. This also works if there are several start signals and these have to be processed one after the other due to a long start delay. A corresponding compensation is then calculated for each of these start signals so that the labels 26 are always applied to the products P at the same location.
  • the master encoder 140 preferably uses two tracks A and B, which are supplied to the profile generator 220 as input variables.
  • a signal for the direction of rotation of the motor 80 can be calculated in a known manner from the sequence of these pulses.
  • a "gear ratio" parameter is generated, which can be positive or negative.
  • a reference variable for the position control is generated from the frequency of the pulses, the information about the direction of rotation, and the parameter "gear ratio", which reference variable is usually not constant, but changes during operation.
  • the reference size can be positive or negative for the following reason: There are labeling devices in which the table 42 protrudes to the left, as shown in FIG. 3, so that the label band 20 must be transported to the left. However, there are also labeling devices in which the table 44 protrudes to the right and consequently the label band 20 has to be transported to the right. This is indicated by the sign (+ or -) of the reference size.
  • the pulses coming in from the product recognition sensor 72 are blocked in order to prevent the label tape 20 from being driven in the wrong direction.
  • the block 136 has an analog interface 142 to which the potentiometers 144, 145, 147 can be connected, with which the user can set the speed of the labeling, the distance to go (overrun) S2 (FIGS. 5 to 7) and a start delay or can fine-tune.
  • These potentiometers are shown in FIGS. 3 and 16.
  • the module 136 also has a serial RS 232 interface 146 for connection to a PC 148, an output interface 15O for connection to actuators (in particular pneumatic cylinders) 152, and an input interface 154 for connection to sensor elements 156, e.g. for specifying the direction, temperature detection or the like.
  • a serial digital connection (not shown) to other devices of the same or similar type can also be provided, if this is desired.
  • a module 160 serves to supply power to the electronics.
  • the components which are surrounded by a dash-dotted line 164, form the connection of the motor 80 to the outside.
  • the components that are outlined with a dash-dotted line 168 represent the actual drive plus control.
  • additional peripheral units for example a keyboard or a display, can be connected to component 136 in order to be able to set desired functions manually.
  • the motor 80 is operated with a four-quadrant controller since it has to be braked actively during a labeling process, but the possibility of reverse running, which is inherent in a four-quadrant controller, is suppressed, since a reverse run must not occur with a labeling drive. (This would release the tension in the label tape and significantly disrupt the control processes.)
  • the motor 80 is arranged in a tubular component 300, which is fastened to a housing wall 302 by means of screws 304, which also serve to fasten the motor 80.
  • the component 300 is preferably an extruded profile made of aluminum, and it is on its left side in Fig. 19 by a solid cover 306 made of metal, e.g. Aluminum, closed, which is fastened to the part 30 0 by means of screws 305 (FIG. 19).
  • the cover 306 is a cast part and serves as a heat sink and heat sink for a power module 81, which contains the output stage 86 and the intermediate circuit rectifier 104. 19 shows further details.
  • the component 300 partly emits its heat to the housing wall 302, which also forms part of the (passive) cooling system.
  • the motor 80 in which a lot of heat is generated due to the high peak currents, also emits this to the part 300 and the housing wall 302. Naturally, the use of active cooling is not excluded.
  • the part 300 and its cover 306 together form a type of cover cap 307, also referred to as a "scoop", which receives the motor 80 and the essential part of its electronics.
  • the Hutze 307 not only acts as a dustproof container for these parts, but also as a heat sink, which enables an extremely compact design because external control cabinets can usually be omitted. This also simplifies installation because you only have to set up device 46 and connect it to network 92. It also facilitates explosion protection and protection against moisture, e.g. against cleaning fluid from high-pressure cleaners.
  • This design is advantageous because it is possible to encapsulate the entire labeling device 46 in a liquid-tight manner, so that it can e.g. can be cleaned with a pressure washer.
  • a pressure washer For industries where there is a risk of explosion, e.g. In refineries in hot countries, such devices are preferably made dustproof to reduce the risk of explosion, and this is made possible very easily by the invention.
  • 5 to 7 show, in a highly schematic representation, processes when dispensing a label 26v onto a sucker 170, which in this variant serves to transfer the dispensed label to a stationary product P after dispensing, e.g. on a box, packaging or the like.
  • the label tape 20 is at rest on the table 42.
  • the label sensor 44 is located on the label 26v at a point A which is at a distance S2 from the front edge 27 of the label 26v.
  • the label 26h After dispensing the label 26v, the label 26h must be under the label sensor 44, cf. Fig. 7, wherein this lies at a point A 1 on the label 26h, which is also at a distance S2 from the front edge 27 of the label 26h.
  • the position A ' should therefore correspond as exactly as possible to the position A, as is immediately understood by the person skilled in the art.
  • the label band 20 is transported in the direction of the arrow 29, the front label 26v with its (in most cases) non-adhesive upper side 26u being pushed onto the suction device 170 and being sucked in by the latter.
  • the front edge 27 of the rear label 26h reaches the label sensor 44 (cf. FIG. 6) and triggers an interrupt in the DSP 116 via this.
  • this interrupt therefore defines exactly a certain position of the front edge 27, and if you want to control the movement sequence in such a way that the motor 80 is stopped exactly when the label 26h has reached the label sensor 44 in its position A ', cf. Fig. 7, must between the front edge 27 and this point A 'is the same distance S2 after each labeling operation, as shown in FIG. 7.
  • new target information S2 is therefore loaded into the computer 116.
  • This new target information is more precise than the target information TW entered in the position according to FIG. 5, because TW is constantly subject to small fluctuations, which would lead to the positions A, A 1 , etc. moving over time to other positions on the labels 26 " would "wander", ie the label would be moved.
  • the measurement at the label edge 27 offers special advantages, but that in many cases other types of measurement are also possible.
  • printed labels e.g. an optical mark can be provided at a certain point on the label, which is scanned during operation and then leads to the interrupt described, in which the value S2 is loaded, or a hole can be punched into the label band 20 and an interrupt can be triggered at this hole , Etc.
  • Another advantage is that the user can vary the route S2. This value defines the position of the points A, A 'on the labels 26 very precisely, i.e. you can change this position as desired by changing S2, which automatically changes the position of the donated labels.
  • the labels 26 are manually pulled off the carrier tape 22 over a length of approximately 1 m, and the tape is inserted into the labeling device.
  • the type of label whose data is stored (or can be stored) in a format memory of the labeler is usually entered beforehand in the labeler, in order to enable easy conversion to other labels.
  • the following are stored, sorted according to product groups: speed Vsoil, overrun (remaining distance) S2soll, and start delay, and when using the master encoder 140 for speed detection, the gear ratio (electronic gear).
  • the command is given manually that the motor 80 is running, and this runs until the first label 26 reaches the sensor 44, and is braked to zero after having traveled the path S2.
  • Labeling can now be carried out, since the data on label length etc. are saved.
  • Label length EL and label spacing SB are preferably also continuously determined during operation and, if necessary, automatically corrected.
  • a button 99 (FIGS. 3 and 16) is provided on the labeling device for manual control of these processes, which button is referred to as the “pre-dispensing button”.
  • a new route S2 is also automatically specified, and this can also be varied somewhat by the user. This makes it possible to mount the label sensor 44 at a specific point on the table 42 and then, when a label tape with other labels is inserted, to readjust the machine simply by adjusting the length S2, that is to say an electrical variable. It is therefore often not necessary to mechanically adjust the label sensor 44 if other types of labels are to be used.
  • the labeling device can continue to work even if a label 26 is missing on the label tape 20 because then no interrupt is generated by the sensor 44, but the computer in it Case works with the size TW, whereby the label tape 20 is stopped in any case near the positions A, A '.
  • a second tape is adhered to a first tape by means of a self-adhesive tape, and this self-adhesive tape increases the thickness of the label assembly due to its presence and can therefore lead to incorrect measurements.
  • the distance between the leading edge of two labels is 42 mm, it must be ensured that the label tape is stopped every 42 mm, even at an adhesive point where two tapes are connected, so that all labels are correctly printed in a printer and no labels to be labeled Object leaves the labeling system without a printed label.
  • FIG. 8 explains the invention on the basis of a diagram, in which, for simplification and as a donkey bridge, the illustration is to be thought such that the label band 20 stands still and the label sensor 44 follows in the direction of an arrow 29 ′ from the left, namely a starting position A. moved right to a measuring position M and then to a target position A '.
  • the measuring position M preferably corresponds to the front edge 27 of the label 26h, although, as already explained, other variants are also possible.
  • the representation according to FIG. 8 is a special representation for movement sequences and deviates greatly from the usual.
  • the positions A, M and A 1 thus represent certain points which the sensor 44 reaches during its - imaginary - movement from left to right, and on the other hand they represent the times on the time axis at which the sensor 44 these points A, M and A 'reached in its movement.
  • Area 179 is the component of path S2soll that can be set by the operator of the device. The operator can only change this part.
  • a subsequent area 181 represents a reserve in the event that the Labeling speed is increased, cf. Fig. 10.
  • a surface 185 adjoins the surface 181 on the right. To the right of the area 185 is the area F184 under the ramp 184. The area under the ramp 176 is designated F176.
  • the path S2soll corresponds to the area which is graphically highlighted in FIG. 8, that is to say the sum of the areas 179, 181, 185 and F184, and when the speed Vsoii changes, the boundaries of these areas have to be removed from the DSP 116 be redefined so that their total remains constant.
  • Profile S f (t), i.e. profile of the position setpoint over the time axis.
  • a command can e.g. read: "At the end of the next 100 zs, the label tape should have reached the 13.2 mm position.”
  • the target position Z in the profile generator 220 which represents a variable, is corrected, so that the position controller 273 then receives correspondingly corrected values, as already described in detail.
  • the ramps 176, 184 are generally preferably accelerated executed, ie their slope preferably remains essentially independent of the labeling speed. How this is preferably done is described below in FIG. 20.
  • the increase in the speed V begins with a predetermined slope 31, namely as the driving curve is stored in the profile generator PG 220 (FIG. 13).
  • a predetermined slope 31 namely as the driving curve is stored in the profile generator PG 220 (FIG. 13).
  • an increase in engine speed to 3000 rpm required in one embodiment, an angle of rotation of approximately 66 ° corresponding to a movement of the band 20/22 by approximately 8 mm.
  • the speed V increases until a speed Vsoii is reached which can be specified by the user via an actuator, which is symbolized by an arrow 178.
  • the speed Vsoii determines the working speed of the labeler. You can e.g. B. are between 80 and 160 m / min. A value of 120 m / min corresponds to 2 m / s, and then per second about 10 to 30 labeling operations take place.
  • the label sensor 44 After passing through the path S1 (measured by means of the output signals of the encoder 82), the label sensor 44 arrives in the measuring position M, namely to the front edge 27 of the label 26h, and the passing through this front edge 27 causes a measurement interrupt at the point / time M. At this point, the processor DSP 116 has reached a counter reading S1actual corresponding to the path S1 actually traveled.
  • the value S2sol ⁇ predetermined by the user is added to this counter reading S1act, which can also be referred to as the remaining distance or overrun.
  • the value Z S1 is + S2soll ... (4) is then used as the new target value Z (setpoint for the path to point A ').
  • the target position Z is thus with the engine running 80 redefined during the interrupt at the measuring point M (front edge 27 of the label 26h).
  • this procedure significantly increases labeling accuracy.
  • This method ensures that the distance S2 of the point A from the front edge 27 of the front label 26v largely coincides with the distance S2soil of the point A 'from the front edge 27 of the rear label 26h, ie the points A, A "" do not "wander", but maintain the distance S2 set by the user from the front edge 27 of the respective label 26.
  • This "readjustment” can largely compensate for the disturbing factors that occur when the labeling device runs.
  • 9 to 11 serve to explain the automatic adaptation of the profile by the profile generator 220 when the target speed Vset is changed.
  • FIG. 9 is a representation analogous to FIG. 8. If the angles 31 and 32 are equal in magnitude, that is to say the rising edge 176 has the same slope in magnitude as the falling edge 184, the area F184 (under the edge 184 ) the area F146 (under the flank 146) to a rectangle, as symbolically represented by an arrow 183, and overall in this simplified example, together with the rectangular area F180 (below the section 180) a rectangle with the height Vsoll and the length T, the length T being the time between leaving point A and reaching point 182, the value of which is denoted by 182 'on the time axis.
  • This area corresponds to the dimension TW of FIG. 2, that is to say the distance between the front edges 27 of two successive labels 26.
  • T TW / V should have elapsed, i.e. time 182 'has been reached.
  • Fig. 10 the drive is set to a maximum speed Vmax, i.e. the rising edge 176 and the falling edge 184 are longer than in FIG. 9.
  • Vmax i.e. the rising edge 176 and the falling edge 184 are longer than in FIG. 9.
  • the switch is made to brakes, for example, with slope 32.
  • FIG 11 shows the analog case in which the drive is set to the minimum speed Vmin.
  • the profile generator 220 thus receives the following variables: The label distance TW, expressed as the target variable Z.
  • the profile generator 220 uses these variables to calculate the profile which of the set speed Vsoll corresponds, the quantity T being calculated prognostically in the manner described.
  • the size T is usually only a fraction of a second because e.g. 30 labeling processes run per second. This depends on the set speed Vsoll, since fewer labels are processed per second at low speed.
  • FIG. 12 shows a flow chart for the execution of the routine CORR.Z (target correction) S200, which controls the speed profile of the motor 80.
  • step S202 it is checked whether there is a start signal from sensor 72 (FIG. 3). If not (N), the routine loops back to the beginning. If yes (Y), the routine goes to step S204.
  • the values generated by the profile generator 220 are based on stored value tables, and the profile generator uses them to calculate the motion profile.
  • the value Z in S204 corresponds to the sum (EL + SB) for the label tape 20 used. (If necessary, it is also possible to work with a multiple of (EL + SB) if there is no printer on the labeler 46).
  • the target variables Z from steps S204 and S208 are completely the same, but in practice small differences are unavoidable. If the values match, the profile generator 220 does not have to be corrected, of course.
  • the program then goes to S210, where it is checked whether the target position Z has been reached.
  • step S208 If the answer in S206 is always no, for example because a label 26 is missing on the carrier tape 22 and consequently the label sensor 44 cannot find a measuring point M and cannot trigger an interrupt, the correction of the value Z does not take place in step S208 and the routine goes from S206 directly to S21O, ie it continues to work with the target variable Z from S204 and also checks in S210 whether Z has been reached. If no, the routine goes back to S206 here. If yes, go back to S202 and there will be one new start signal awaited.
  • the label tape 20 is nevertheless stopped approximately at point A, provided that the target variable Z was set to the sum (EL + SB) in accordance with equation (1) in S2O4. This is particularly important when the individual labels 26 are printed in the labeling device, as shown in FIG. 16, since in many cases the carrier tape 22 has to stand still for printing. If a label is missing, the stationary carrier tape 22 is printed in this case.
  • routine S200 can contain plausibility checks, e.g. as described for the value S2soil.
  • Fig. 13 shows the associated control arrangement 218.
  • 220 denotes the profile generator PG, which generates a speed profile after receipt of data 222 (start command, inclines 31, 32, TW, Vsoll, etc.), such as e.g. shown and explained in Fig. 8.
  • the PG 220 is thus supplied with a target position Z, which at the start can correspond to the value TW according to equation (1), or possibly also a multiple of TW, provided that no printer 280 (FIG. 16) is provided.
  • the PG 220 At its output 221, the PG 220 generates a setpoint path Ssoll, which is fed to a PI position controller S-CTL 226 via a setpoint / actual value comparator 224.
  • the value Sist is also fed to a computing element 230.
  • the encoder 82 in this example has a total of six outputs, which are denoted by A, A /, B, B /, X and XI. These are connected to a logic switching element 227, and their signals are evaluated there and processed into logic signals A1, B1 and X1, which in turn are fed to a converter 229, which uses this to generate a rotary position signal ⁇ jst at an output 231, which generates the rotary position of the motor 80 indicates. This signal is required for the generation of a space vector.
  • the information from three Hall sensors is transmitted as a serial signal on the X-channel, which shows the instantaneous position of the permanent-magnet rotor in the motor 80 even when it is at a standstill.
  • the motor 80 runs as a so-called sinus motor, that is to say as a three-phase motor with sinusoidal stator currents.
  • sinusoidal currents cannot be generated immediately after switching on, since they are a Assume very exact detection of the rotor position, which is not possible when the rotor is at a standstill.
  • rough information about the rotor position is available via the X-channel, so that the motor 80 can start in a mode of operation as a collectorless motor 80, for which rough position information about the rotor is sufficient.
  • the motor 80 rotates sufficiently fast, it is switched over to operation as a sinus motor, because the rotor position can then be measured with a very fine resolution.
  • the signals A1 and B1 are fed to a QEP unit 233, which is integrated in the DSP 116.
  • This increases the resolution of the encoder 82 by a factor of 4, that is, if the encoder 82 z. B. delivers 2,500 pulses per revolution, you get a number of 10,000 pulses per revolution at the output of the QEP unit 233. This gives a higher resolution and consequently a higher accuracy of the system. Naturally, a lower accuracy will also suffice in some cases.
  • a speed signal njst in is thus obtained at the output of the QEP unit 233
  • the pulses 83 are integrated in an integrating element (counter) 228, so that a path signal Sjst is obtained at its output 237 which corresponds to the path covered by the label tape 20.
  • the signals A and A / are generated by a first signal track, the signals B and B / by a signal track offset by 90 ° el.
  • the speed signal njst is, as shown in Fig. 14, by differentiating the
  • Edge of the signals A /, B / generated.
  • the signal A1 corresponds to the signal A and the signal B1 corresponds to the signal B.
  • the phase shift between the signals A and B results in the direction of rotation of the motor 80, as is known to the person skilled in the art.
  • a setpoint nsoii for the speed of the motor 80 is obtained. This is compared in a comparator 234 with the actual speed nist, which is supplied from the output 235 to the QEP unit 233.
  • the element 244 receives its input signal from a differentiating element 270, which serves to differentiate the desired positions delivered by the profile generator 220 at its output 223, i.e. to form a speed setpoint dSsoll / dt, and this value becomes multiplied in element 244 by an empirically determined predetermined factor and fed to adder 240 as an input variable.
  • the element 242 receives its input signal from a differentiating element 271, which serves to differentiate the speed setpoint calculated in the element 270 again according to time, i.e. to calculate a setpoint for the acceleration, and this setpoint acceleration is in the Link 242 multiplied by an empirically determined predetermined factor and then also supplied to adder 240 as an input variable.
  • the link 242 thus multiplies the size obtained from the links 270, 271 and supplies it to the link 240.
  • the end of the horizontal region 180 (FIG. 8), that is to say the point in time 182 ′, is calculated predictively as described.
  • the predictive calculations as are preferably used in the invention, lead to an increase in the dynamics of the system, i.e. they enable very good positioning and repeat accuracy at high labeling speeds.
  • the output signal of the element 240 is fed to a limiter 250, and the manipulated variable at the output of the limiter 250 serves as the current setpoint isoli for the q-axis.
  • the motor 80 which is also referred to as a synchronous machine with permanent magnetic excitation (PMSM), works with a field-oriented control (vector control), the field-forming current (“excitation current”) and the torque-forming current being regulated separately.
  • a field-oriented control is based on the fact that the current components to be decoupled are impressed into the motor 80 by separate current control loops.
  • d component also called longitudinal component or field-forming component
  • q component also called transverse component
  • the output variable isoli at the output of the limiter 250 can be used as a setpoint for the transverse component. It is compared in a comparator 266 with a quantity lq, and the result of the comparison is fed to a PI current controller 268.
  • the motor 80 Since the motor 80 has a permanent magnetic rotor, the magnetic flux of which is constant, the value 0 is predetermined by a transmitter 246 for the d component and is fed to a comparator 258, the negative input of which is supplied with a value for the current Id.
  • the motor 80 is therefore regulated here in such a way that the d component has the value 0.
  • the motor 80 has three phases u, v, w in its stator winding, and it has a permanent magnet inner rotor (not shown).
  • the motor 80 When starting, the motor 80 is controlled as a brushless motor by Hall sensors (or alternatively: according to the sensorless principle), and after starting it runs as a three-phase synchronous motor with approximately sinusoidal currents.
  • the inverter 86 already described in the form of a three-phase full bridge, e.g. with IGBT transistors or other controllable semiconductors.
  • the bridge 86 is controlled via the optocouplers 90 and the gate drivers 88, cf. Fig. 4.
  • the currents lu and lv in two of the three feed lines u, v, w of the motor 80 are detected via the two current transformers 112, 114 and converted into digital signals in the DSP 116 in an AD converter provided there. Then they are fed to a uvw-dq coordinate converter 256, as is the signal ⁇ ist from the converter 229.
  • the converter 256 uses this to generate the already mentioned d-axis current component Id and the q-axis current component Iq for the d and the q-axis, which serve as feedback quantities for the two current controllers 260 and 268.
  • the d-axis current component Id is supplied with a negative sign to the summing element 258, the positive input of which is supplied with the value 0.
  • the output signal of the element 258 is fed to the digital PI current controller 260, at the output of which a signal Ud is obtained, namely a setpoint for the d-axis voltage Ud, which is fed to a dq-uvw coordinate converter 262, which is also called " Space vector modulator "or" Space Vector Generator "is called.
  • the output signal isoli of the limiter 250 is fed to the positive input of the summing element 266, the negative input of which is fed to the output signal Iq of the converter 256.
  • the output signal of the comparator 266 is fed to a PI current controller 268, at the output of which a setpoint for the q-axis voltage Uq is obtained.
  • This value Uq is also fed to the dq-uvw coordinate converter 262, to which the rotor position signal ⁇ ist is also fed and which generates three signals Uu, Uv, Uw from these input signals for controlling the module 86, which feeds the motor 80, so that in the motor 80 a rotating field is generated.
  • the modules 86, 256, 260, 262, 268 are hardware or software modules that are familiar to the person skilled in the art of electrical drives. These are used, for example, in servo controls for steering motor vehicles and in frequency converters. In the exemplary embodiment, they are part of the DSP 116.
  • the intermediate circuit line 106 (FIG. 4), which leads to the module 86, there is a measuring resistor (not shown). This enables a short-circuit detection and an earth-fault detection in the element 110 to protect the module 86.
  • the component 110 switches off the drivers 88 and sends a corresponding signal to the DSP 116.
  • the current regulator which directly influences the sinusoidal currents lu, lv, lw in the motor 80, is designated by 269.
  • the current controller 269 is part of a speed controller 271, on which, as shown, the setpoint acceleration from link 242 and the setpoint speed nsoil from link 244 act directly.
  • 273 denotes a position controller to which a setpoint value Ssoil for the position of the label strip 20 is fed directly from the profile generator 220 and which causes the motor 80 to come to a standstill exactly at the desired point A '.
  • the link 230 is triggered by the label sensor 44. If this generates a signal at a label edge 27 (point M of FIG. 8), this causes a measurement interrupt, and the value S2soll is added at this point according to equation (2) to the reached value S1act and used as the new target variable Z. , as already described in detail, so that the points A, A 'do not "wander", that is to say the labels 26 are not "shifted", and high labeling accuracy is obtained.
  • FIG. 16 shows a labeler 46 analogous to that shown in FIG. 3, but with a printer 280 of a known type installed on the table 42. Therefore, the (adjustable) table 42 is extended and the printer 280 is - as an example - between the label sensor 44 and the dispensing edge 30.
  • the same or equivalent parts as in Fig. 3 are denoted by the same reference numerals as there and are not described again.
  • the program can be modified when the printer 280 is connected in such a way that the size Z can only be set to [EL + SB] by the user. This can be done through a corresponding input mask, in which the type of labeling, label length and label spacing must be entered by the user and the target size Z is set according to these inputs after their plausibility has been checked. If a label 26 is missing at one point on the carrier tape 22, the label tape 20 still stops, the carrier tape 22 is printed by the printer 280, and then a new transport and possibly a new printing of the carrier tape takes place if a second label is also missing.
  • the arrangement shown in FIG. 16 has the advantage that the labels 26 are printed very precisely because the "readjustment” or “synchronization” takes place at the measuring point M near the printer 280. This avoids rejects, and the invention is equally suitable, for example, for applications where it is only a question of printing labels 26 which are arranged on a carrier tape 20 one after the other inline with a very good fit and high speed.
  • FIG. 18 shows the housing part 302 of the device 46 of FIG. 3 from the rear (with the rear wall removed), that is to say seen in the direction of the arrow XVIII of FIG. 17.
  • the housing part 302 has two openings 320, 322 for mounting it machine can be used. 17 also shows the location of processor 116 in part 300.
  • FIG. 18 shows the motor 80 and its shaft 324, on which a pulley 326 (e.g. 14 teeth) for a toothed belt 328 is attached.
  • the latter goes via a tension roller 330 to a pulley 332 (e.g. 32 teeth) which drives the roller 62 (Figs. 3 and 16).
  • a pulley 326 e.g. 14 teeth
  • a pulley 332 e.g. 32 teeth
  • one revolution of the roller 62 corresponds to 32/14 revolutions of the motor shaft 324.
  • Various boards are arranged in the housing part 302, e.g. the board 94 for the EMC filter, and three further boards 336, 338, 340 with electronic components.
  • a side adjustment wheel 344 makes it possible to change the position of the label sensor 44.
  • FIG 19 shows an enlarged sectional illustration of the free end of the scoop 307.
  • the inverter 86 and the rectifier 104 are manufactured as a finished module 81, for example by the EUPEC company.
  • Inverter 86 has, for example, six IGBT transistors.
  • This module 81 lies with an end face 87, on which thermal paste 89 is provided, with prestress against an inner wall 85 of the cover 306, so that the heat from the module 81 passes into the cover 306 and from there into the tubular part 300, as symbolically indicated by arrows 18.
  • an O-ring 303 is provided in a continuous groove 301 in order to connect the parts 300, 306 in a liquid-tight manner, which is particularly important because of the cleaning with a high-pressure cleaner, as is the case in many Operated used.
  • the cover 306 is fastened to the tubular part 300 by means of screws 305.
  • the part 300 is also attached to the housing 302 in a liquid-tight manner.
  • a sheet 307 is provided in the interior of the tubular part 300 and approximately perpendicular to its longitudinal axis. This is provided with pins 309 which engage in recesses 311 of the module 86, 104 in the manner shown.
  • the plate 307 with its pins 309 is supported by springs 311 with a force of e.g. 150 N pressed in the direction of the cover 306 and, via its pins 309, presses the module 81 against the inner wall 85 of the cover 306 in order to achieve a low heat transfer resistance there.
  • the cover 306 is particularly thick in the area of the module 86, 104, it has a sufficiently large heat capacity at this point so that local overheating can be reliably avoided even when the labeling device is under heavy load.
  • the lower screw 305 is formed in two parts. As shown, its inner part 305i serves to guide the sheet metal 307 and the printed circuit board 84, both of which are provided with corresponding recesses for this purpose.
  • Fig. 20 explains the principle of operation of the position controller 273 used.
  • the vertical axis shows the path S traveled by the label tape 20.
  • the horizontal axis shows the time t, a labeling cycle e.g. B. may take 12 ms.
  • the label tape 20 must strictly adhere to a prescribed movement pattern, because otherwise correct labeling of products passing by (“in the by-pass”) would not be possible, ie it must be a very “stiff” position controller that works exactly within a prescribed time the setpoint speed V so n is reached and this setpoint speed is maintained exactly, ie with very good synchronism, even during a prescribed period of time.
  • This compliance with a predetermined movement pattern is achieved in that the controller 218 preferably continuously in the position control mode during the labeling is operated, the values of setpoint acceleration and setpoint speed additionally having a strong effect at the corner points 177, 182 (FIG. 8) of the profile, because these values change abruptly there.
  • the specified profile is "traversed" in a dense sequence of commands, the selected controller configuration with a subordinate speed controller and subordinate current controller ensuring that the movement follows the predefined pattern very well.
  • the signals from the PI controller 226 constantly effect position control, so that the belt speed zero is reached at point A '.
  • Such a digital position controller therefore makes it possible very well to implement a predefined path profile and - indirectly - a predefined speed profile without overshoot occurring.
  • the size of the steps .DELTA.t that the controller uses, i.e. the so-called cycle time, is normally the shortest in the current controller 269, since the motor current can change the fastest.
  • the time period T (cf. FIGS. 9 to 11) can have the value TW / V so n. This corresponds to the example in FIGS. 9 to 11.
  • the time period T can have a different value, as explained in detail in FIGS. 9 to 11.
  • a new value Z is used instead of TW, and in this case a new value can be used for T.
  • T Z / Vsoil ... (8) result if TW does not agree with Z, and provided that the example according to FIGS. 9 to 11 is used. In this case, the time 182 'is also recalculated.
  • the reference numerals 176, 180 and 184 in FIG. 20 refer to the corresponding sections of the illustration according to FIG. 8 and are intended to facilitate the comparison between the illustrations of FIGS. 8 and 20.
  • part of the motion profile could be generated by a speed controller.

Landscapes

  • Labeling Devices (AREA)
  • Package Frames And Binding Bands (AREA)

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Etikettieren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Etikettieren.
Wenn an einer Spendekante, auch Ablösekante genannt, Etiketten von einem Trägerband gespendet werden sollen, spielen u.a. folgende Faktoren eine wichtige Rolle: a) Die Geschwindigkeit des Spendevorgangs. Diese bestimmt die Etikettiergeschwindigkeit, d.h. die Frage, wie viele Schachteln, Dosen, Flaschen etc. pro Minute etikettiert werden können. b) Die Genauigkeit des Spendevorgangs. Hierbei kommt es darauf an, das Etikett genau an einer gewünschten Stelle zu platzieren, z.B. auf einem Sauger, der das Etikett auf einen zu etikettierenden Gegenstand überträgt, oder auch, das Etikett direkt auf einem vorbeilaufenden zu etikettierenden Gegenstand genau an einer gewünschten Stelle faltenfrei zu applizieren.
Bekannte Verfahren zur Bewegung eines Etikettenbandes arbeiten nach Art einer Steuerung, d.h. man verwendet einen Etikettensensor, der an einer bestimmten Stelle eines Etikettiergeräts montiert wird, bevorzugt sehr nahe an der Stelle, wo die Etiketten gespendet werden. Diese Stelle wird vom Einsteller der Maschine empirisch ermittelt. Kommt ein Etikett zu diesem Sensor, so erzeugt dieser einen Impuls, der dann zum Abschalten des Antriebes benutzt wird.
Solche Verfahren liefern durchaus akzeptable Ergebnisse, aber bei höheren Geschwindigkeiten ergeben sich Probleme, vor allem aus folgenden Gründen: • Auf das Etikettenband/Trägerband wirken Kräfte von außen, z.B. von sich bewegenden, gefederten Pendeln an der Vorratsrolle und an der Rolle zur Aufwicklung des Trägerbandes. Diese Kräfte, deren Auftreten vom Zufall gesteuert ist, können das Etikettenband beschleunigen oder verzögern, was zu entsprechenden Fehlern bei der Etikettierung führen kann.
• Während der Bewegung des Etikettenbandes/Trägerbandes kann sich dieses, vergleichbar einem Gummiband, dehnen oder zusammenziehen, besonders am Beginn einer Transportbewegung, und dieser "Gummibandeffekt" kann ebenfalls die Genauigkeit der Etikettierung beeinträchtigen und begrenzt die Geschwindigkeit der Etikettierung, da mit zunehmender Geschwindigkeit solche Effekte zunehmen. Höhere Geschwindigkeiten haben nämlich entsprechend höhere Beschleunigungen und damit höhere Kräfte auf das Etikettenband/Trägerband zur Folge. Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zum Etikettieren bereit zu stellen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Bei der Erfindung wird also nach Ablauf eines Teiles des Bewegungsablaufs an einer vorgegebenen Stelle des Etikettenbandes, z.B. an einer Etikettenkante, die Zielposition, an der die Bewegung abgeschlossen sein soll, bei laufendem Motor neu definiert. Dies geschieht z.B. dadurch, dass an der vorgegebenen Stelle ein definierter Restweg, auch Nachlaufweg genannt, als Zielposition in den Regler eingegeben wird. Dieser Restweg wird gewöhnlich vom Benutzer definiert, z.B. 13 mm ab einem bestimmten körperlichen Merkmal eines Etiketts oder Trägerbands, beispielsweise ab einer Kante, einem Loch, einer Markierung etc. Das Etikettenband bewegt sich dann nach dem Durchlaufen der vorgegebenen Stelle noch 13 mm und bleibt nach diesen 13 mm stehen, und dieser Abstand von 13 mm wird Etikett nach Etikett unverändert eingehalten.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die gestellte Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 10. Eine solche Anordnung ermöglicht - durch die genaue Vorgabe des Restwegs - auch dann eine sehr präzise Etikettierung, wenn durch Schwankungen in der Produktion, Änderung der Luftfeuchtigkeit etc. die Etikettenteilung etwas variiert.
Die genaue Einhaltung eines Restwegs bei der Etikettierung hat vor allem folgende Vorteile: a) Die Genauigkeit des Bewegungsablaufs wird entscheidend erhöht. b) Die Reproduzierbarkeit des Bewegungsablaufs wird sehr gut. c) Sogenannte Teilungsfehler des Etikettenbands spielen nur noch eine untergeordnete Rolle, da sie durch geeignete Auswahl der vorgegebenen Messstelle weitgehend unterdrückt werden können. d) Durch Verändern des Restwegs kann sehr bequem eingestellt werden, welche Position ein Etikett am Ende eines Bewegungsvorgangs hat. e) Man kann eine Etikettiervorrichtung, einen Etikettendrucker oder dgl. in vielen Fällen auf ein anderes Etikettenformat einstellen, ohne die Lage des verwendeten Etikettensensors verändern zu müssen. f) Auf dem Etikettenband fehlende Etiketten können "übersprungen" werden, d.h. die Maschine läuft trotz der fehlenden Information weiter und wird durch den Fehler nicht abgeschaltet. Wenn ein Etikett auf dem Etikettenband fehlt, durchläuft ein zu etikettierender Gegenstand die Maschine, ohne etikettiert zu werden, aber das ändert nichts an der Präzision nachfolgender Etikettiervorgänge. g) Man kann festlegen, dass z.B. dann, wenn auf dem Etikettenband nacheinander drei Etiketten fehlen, ein Alarm erzeugt wird, nicht aber, wenn nur ein oder zwei Etiketten fehlen. h) Man erhält die Möglichkeit, einen Abriss des Etikettenbands automatisch zu erkennen, weil dann an der vorgegebenen Messstelle kein Signal erzeugt wird.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 22. Ein derartiges Verfahren ermöglicht ein sehr schnelles und präzises Etikettieren, wobei Änderungen der Etikettiergeschwindigkeit möglich sind, ohne dass sich an der Präzision der Etikettierung etwas ändert.
Eine entsprechende Anordnung ist Gegenstand des Anspruchs 32. Bei ihr wird die Form des Bewegungsprofils automatisch angepasst, wenn die Etikettiergeschwindigkeit verändert wird, und man erhält folglich stets eine präzise Etikettierung, unabhängig davon, ob diese langsam oder schnell erfolgt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 48.
Ein sehr kompaktes und dabei leistungsfähiges Etikettiergerät erhält man nach einem weiteren Aspekt der Erfindung durch den Gegenstand des Patentanspruchs 57. In vielen Fällen erspart man sich hierdurch zusätzliche Schaltschränke etc. und hat folglich niedrige Kosten für Montage und ggf. Änderungen einer Etikettiervorrichtung. Zudem wird die Reinigung erleichtert, und die Einhaltung höherer elektrische Schutzklassen wird ohne erhöhten Aufwand möglich, was es ermöglicht, derartige Etikettiergeräte in Raffinerien und anderen explosionsgefährdeten Einrichtungen zu verwenden.
Naturgemäß kann ein solcher Antrieb und ein erfindungsgemäßes Verfahren auch für andere Zwecke Verwendung finden, z.B. zum schnellen und präzisen Antrieb von Drehtischen für die Getränkeabfüllung oder für die Etikettierung von Flaschen.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeipielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein übliches Etikettenband,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Etikettenbandes der Fig. 1 , gesehen in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1 ,
Fig. 3 ein Etikettiergerät nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das mit einer Spende- bzw. Ablösekante zu einer funktionellen Einheit verbunden ist, Fig. 4 ein Übersichtsschaltbild eines Etikettiergeräts nach der Erfindung,
Fig. 5 eine schematisierte Darstellung einer Etikettiervorrichtung im Zustand vor dem Beginn eines Etikettiervorgangs,
Fig. 6 eine Darstellung der Etikettiervorrichtung gemäß Fig. 5 im Verlauf eines Etikettiervorgangs und an der Stelle, an der ein Restweg in den Lageregler eingegeben wird,
Fig. 7 eine Darstellung der Etikettiervorrichtung der Fig. 5 und 6 nach dem Abschluss des Etikettiervorgangs,
Fig. 8 eine schematische Darstellung der Abläufe beim Spenden eines Etiketts von einem Etikettenband, welches in Fig. 8 unten dargestellt ist,
Fig. 9 eine Darstellung analog Fig. 8, welche die Flächenberechnung an einem einfachen Beispiel zeigt,
Fig. 10 eine Darstellung analog Fig. 9, aber für eine höhere Etikettiergeschwindigkeit bei demselben Etikettenband wie in Fig. 9,
Fig. 11 eine Darstellung analog Fig. 9 und 10, aber für eine niedrige Etikettiergeschwindigkeit, ebenfalls bei demselben Etikettenband wie in Fig. 9 und 10,
Fig. 12 ein Flussdiagramm der Abläufe bei einem Vorschub des Etikettenbands,
Fig. 13 eine Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des verwendeten Reglers 218,
Fig. 14 ein Diagramm von vom Encoder 82 erzeugten Signalen,
Fig. 15 eine Darstellung analog Fig. 13, bei der die einzelnen Bestandteile des Reglers 218 grafisch hervorgehoben sind, um das Verständnis zu erleichtern,
Fig. 16 eine Darstellung analog Fig.3, wobei aber auf dem Tisch 42 ein Drucker 280 angeordnet ist, mit dem die Etiketten 26 bedruckt werden, bevor sie an der Spendekante 30 gespendet werden,
Fig. 17 einen Schnitt, gesehen längs der Linie XVII-XVII der Fig. 3, Fig. 18 eine Ansicht, gesehen in Richtung des Pfeiles XVIII der Fig. 17,
Fig. 19 einen vergrößerten Schnitt durch die Vorderseite der Hutze 307, und
Fig. 20 ein Schaubild zur Erläuterung der Funktion einer bevorzugten Ausführungsform des verwendeten Lagereglers.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Etikettenband 20, und Fig. 2 zeigt dieses Band in Seitenansicht. In der Seitenansicht sind die Dimensionen in Höhenrichtung extrem stark übertrieben dargestellt, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen.
Das Etikettenband 20 hat in Fig. 2 unten ein Trägerband 22, gewöhnlich aus Papier, das auf seiner in Fig. 2 oberen Seite mit einer dehäsiven Schicht 24, gewöhnlich aus Silikon, versehen ist. Auf die Schicht 24 sind mittels einer Haftkleberschicht 25 Selbstklebeetiketten 26 aufgeklebt. Diese haben eine Etikettenlänge EL, die zwischen wenigen Millimetern und Hunderten von Millimetern liegen kann. Es liegt auf der Hand, dass die Etikettierleistung bei kurzen Etiketten höher sein kann als bei langen Etiketten. Die Bewegungsricrvtung des Etikettenbands 20 ist mit 29 bezeichnet, und die in Bewegungsrichtung vorderen Etikettenkanten mit 27. Da Etikettenband 20 und Trägerband 22 - bis auf die Anwesenheit oder das Fehlen von Etiketten 26 - identisch sind, wird nachfolgend auch der Ausdruck "das Band 20/22" verwendet.
Zwischen zwei benachbarten Etiketten 26 liegt eine Lücke 28, die bei der Herstellung durch Abziehen eines sogenannten "Stegs" aus Etikettenmaterial entstanden ist, weshalb man die Breite der Lücke 28 auch als Stegbreite SB bezeichnet. SB hat gewöhnlich einen Wert zwischen 1 und 10 mm. Etikettenlänge EL und Stegbreite SB zusammen ergeben den Transportweg TW, um den die Etikettenbahn 20 beim Spenden eines Einzeletiketts 26 vorwärts bewegt werden muss. Es gilt TW = EL + SB ...(1)
Wenn man gemäß Fig. 2 die Etikettenbahn 20 um eine Spendekante 30, auch Ablösekante genannt, zieht, löst sich dort ein Etikett 26 von der Trägerbahn 22 und kann z.B. von einer Saugplatte übernommen und auf eine zu etikettierende Schachtel übertragen werden. Alternativ kann das abgelöste Etikett auch direkt auf einen zu etikettierenden Gegenstand P (Fig. 3) aufgebracht werden, wie das dem Fachmann geläufig ist.
Fig.3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Etikettiervorrichtung 40 nach der Erfindung. Diese hat einen Tisch 42 mit der Spendekante 30. Die Spendekante 30 kann gegebenenfalls auch beweglich sein, vgl. das europäische Patent 0.248.375 der HERMA GmbH. Über diesen Tisch 42 wird das Etikettenband 20 in der dargestellten Weise bis zur Spendekante 30 gezogen und dort umgelenkt. Dort wird bei jedem Arbeitszyklus das vorderste Etikett 26 vom Trägerband 22 abgelöst und z.B. von einer (nicht dargestellten) Saugplatte übernommen oder auch direkt im sogenannten Beilauf auf einen vorbeilaufenden Gegenstand P gespendet, der etikettiert werden soll. (Die Saugplatte dient dazu, das angesaugte Etikett auf einen fest stehenden Gegenstand zu übertragen, z.B. auf eine Dose, einen Karton, oder dgl.)
Am Tisch 42 befindet sich ein Etikettensensor 44, dessen Funktion es ist, dann, wenn bei der Bewegung des Etikettenbandes 20 z.B. eine Vorderkante 27 (Fig. 2) eines Etiketts 26 am Sensor 44 vorbeiläuft, ein Signal zu erzeugen, das einen Interrupt auslöst, dessen Funktion nachfolgend bei Fig. 12 beschrieben wird. Das kann ein beliebiger geeigneter Sensor sein, z.B. ein optischer Sensor, oder ein elektrisch oder mechanisch arbeitender Sensor, wie das dem Fachmann bekannt ist.
Am Tisch 42 ist eine Etikettiereinheit 46 befestigt. In dieser befinden sich ein (nachfolgend beschriebener) Rechner 116 (Fig. 4) zur Steuerung des Etikettiervorgangs, ferner ein elektronisch kommutierter Innenläufermotor 80 (Fig. 4) mit einem sehr niedrigen axialen Trägheitsmoment, die gesamte Stromversorgung, EMV-Filter, und Kommutierungselektronik, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Die Etikettiereinheit 46 kann über ein Netzkabel 48 direkt ans Netz angeschlossen werden und benötigt keine weiteren Schaltschränke oder dergleichen, was Installation und Anwendung sehr vereinfacht.
Über einen mit gestrichelten Linien angedeuteten Tragearm 50 ist am Gerät 46 eine Vorratsrolle 52 mit Etikettenband 20 drehbar angelenkt. Letzteres wird von der Vorratsrolle 52 über eine Umlenkrolle 54 und einen Pendelarm 56 geführt. Letzterer hat eine Führungsfläche 58 mit niedriger Krümmung, und er hat die Funktion, Stöße im Etikettenband 20 aufzufangen, welche wegen der hohen erreichbaren Bandgeschwindigkeiten von über 100 m/min unvermeidbar sind. Diese Stöße, und die elastischen Eigenschaften des Trägerbandes 22, erschweren Regelvorgänge, da sie transiente Phänomene sind.
Besonders bei schnell laufenden Etikettiergeräten oder großen, breiten Etikettenrollen kann die Abwickelrolle 52 auch durch einen (nicht dargestellten) Elektromotor angetrieben werden, dessen Drehzahl von der Stellung des Pendelarms 56 gesteuert wird. Dies erleichtert die Regelung.
Bei noch schnelleren Etikettiergeräten, oder höheren Anforderungen an die Etikettiergenauigkeit kann auch zwischen der Vorratsrolle 52 und einer Bandbremse 60 eine Schlaufe (loop) vorgesehen werden, wo das Etikettenband, z.B. durch ein Vakuum, und mittels einer optischen Schlaufenabfrage, auf einer vorgegebenen Länge gehalten wird, damit es der Bandbremse 60 mit einer gleich bleibenden Zugspannung zugeführt wird. Diese Lösung eignet sich besonders für Bandgeschwindigkeiten, die größer als 80 m/min sind. Entsprechende "Schlaufenvorroller" werden von der HERMA GmbH angeboten.
Vom Pendelarm 56, 58 läuft das Etikettenband 20 zu einer Bandbremse 60, deren Funktion es ist, das Band 20 zwischen dieser Bremse 60 und der Ablösekante 30, und bis hin zur Transportwalze 62, ständig in einem gespannten Zustand zu erhalten. Die Bandbremse 60 wirkt generell als Dämpfung für das verwendete Regelsystem. Von der Bremse 60 verläuft das Etikettenband 20 über den Tisch 42 zur Ablösekante 30, wo im Betrieb die Etiketten 26 nacheinander einzeln abgelöst werden, und das Trägerband 22 (ohne die Etiketten 26) läuft unter dem Tisch 42 zu einer Transportwalze 62, welche von dem Motor 80 über ein Getriebe 83 (Fig. 17) angetrieben wird. Das Trägerband 22 wird durch eine Anpressrolle 64 gegen die Transportwalze 62 gepresst, um alle Bewegungen der Transportwalze 62 auf das Trägerband 22 zu übertragen.
Von der Transportwalze 62 läuft das Trägerband 22 zu einem Pendelhebel 66, der dazu dient, Stöße im Trägerband 22 auszugleichen, und vom Pendelhebel 66 läuft es weiter zu einer Trägerband-Aufwickelrolle 68, die ihrerseits über einen Trägerarm 70 am Gerät 46 befestigt ist und zusammen mit diesem eine kompakte Einheit bildet. Die Aufwickelrolle 68 kann durch einen separaten Motor angetrieben werden, der nicht dargestellt ist.
Zur Erfassung eines zu etikettierenden Produktes dient ein Produkterkennungssensor 72, der über eine Leitung 74 an das Gerät 46 angeschlossen ist und der einen Startimpuls liefert, wenn sich ein Produkt P an diesem Sensor 72 vorbei bewegt. Dieser Startimpuls löst dann einen Etikettiervorgang aus, wie das dem Fachmann bekannt ist.
Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den prinzipiellen Aufbau des elektrischen Teils des Etikettiergeräts 46. Dieses verwendet einen dreisträngigen, elektronisch kommutierten Innenläufermotor 80, der mit einem Encoder 82 zur Erzeugung von Lagestellungssignalen gekoppelt ist. Aus diesen Lagestellungssignalen können pro Umdrehung z.B. 10.000 Impulse abgeleitet werden. Der Motor 80 treibt die Walze 62 der Fig. 3 über ein Getriebe 83 an, das in Fig. 17 und 18 dargestellt ist. Eine Umdrehung des Motors 80 entspricht beim Ausführungsbeispiel etwa einem Transportweg des Bandes 22 von 50 mm.
Der Motor 80 hat eine Kommutierungssteuerung 84, hier mit einer IGBT-Endstufe 86, die auch in Fig. 19 dargestellt ist, Treiberstufen 88 und einer Ansteuerung über Optokoppler 90, um eine galvanische Trennung vom Niederspannungsteil zu erhalten. Dies ist erforderlich, weil der Motor 80 bevorzugt mit einer relativ hohen Betriebsspannung (gleichgerichtete Spannung des lokalen Wechsel- oder Drehstromnetzes) arbeitet. Die Steuerung der Kommutierung beim Start erfolgt in der üblichen Weise über (nicht dargestellte) Hallsensoren, welche in den Encoder 82 eingebaut sind. Über eine Leitung 91 wird der Kommutierungssteuerung 84 in bekannter weise ein PWM-Signal zugeführt, insbesondere zur Strombegrenzung.
Der Motor 80 wird aus einem Wechsel- oder Drehstromnetz 92 mit Energie versorgt. Dies geschieht zur Vermeidung von EMV-Störungen über eine Netzfilter- und Verteilplatine 94. Diese hat wie üblich Sicherungen 96, Drosseln (Induktivitäten) 98, sowie Kondensatoren 100. An den Ausgang 102 der Platine 94 ist über eine Gleichrichteranordnung 104 ein Gleichstrom-Zwischenkreis 106 angeschlossen, dem Glättungskondensatoren 108 und eine Kurzschlusserkennung 110 zugeordnet sind. Der Gleichstrom-Zwischenkreis 106 speist über die Endstufe 86 (in Form einer dreiphasigen Vollbrücke, die vielfach auch als Wechselrichter - "PWM Inverter" - bezeichnet wird) den Motor 8O. Die Spannung an ihm ist abhängig von der Spannung am Netz 92, die z.B. zwischen 85 und 265 V Wechselspannung liegen kann, oder in einem Gleichspannungsbereich von 120 bis 375 V. Ferner ist die Spannung am Motor 80 abhängig von einem PWM-Signal, das von einem DSP 116 erzeugt und über eine Leitung 91 zugeführt wird.
Der Strom in zwei der drei Phasen des Motors 80 wird über Stromwandler 112, 114 erfasst, über zwei Operationsverstärker 113, 115 auf ein gewünschtes Niveau verstärkt, und der Anordnung 1 16 zur digitalen Signalverarbeitung zugeführt, bevorzugt einem digitalen 16-Bit-Signalprozessor (DSP), z.B. vom Typ 2407, in welchem eine Motorregelung und ein Einachsen-Positioniersystem integriert sind. Wegen seiner hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit von z.B. 40 MIPS ermöglicht dieser DSP 116 im Rahmen der Erfindung eine besonders hohe Etikettiergenauigkeit bei hoher Etikettiergeschwindigkeit, doch sind selbstverständlich auch andere Prozessoren im Rahmen der Erfindung verwendbar.
Dem DSP 116 werden auch die Ausgangsimpulse des Encoders 82 über einen RS 485-Baustein 118 und ein CPLD-Glied 120 zugeführt, wodurch eine Lage- und eine Drehzahlregelung möglich werden. Das CPLD-Glied 120 (complex programmable logic device) dient hier zum Dekodieren der seriellen Signale vom Encoder 82. Durch die beiden Stromwandler 112, 114 werden auch eine Stromregelung und - begrenzung möglich, was ein Hochfahren des Motors 80 mit einer Startrampe vorgegebener Steilheit 31 ermöglicht, ebenso einen Bremsvorgang mit vorgegebener Rampensteilheit 32, also vorgegebenem Bremsmoment. Über eine symbolisch dargestellte Sammelverbindung (Bus) 93 liefert der DSP 116 die Signale für die Kommutierungssteuerung 84, ebenso die PWM-Signale an der Leitung 91.
Der DSP 116 befindet sich auf einer eigenen Platine 124, auf der sich auch ein l/O- Interface 126, ein Sensor 128 zur Temperaturerfassung auf der Platine 124, ein EEPROM 130 zum Speichern eines (ggf. veränderbaren) Programms, ein RAM 132 als Zwischenspeicher für Rechenoperationen, und ein Reset-IC 134 befinden. Letzterer dient dazu, beim Ein- und Ausschalten der Spannungsversorgung dem Reset-Eingang des DSP 116 einen definierten Signalpegel zuzuführen und dadurch ein sicheres Booten (Anfahren) sowie Herunterfahren des DSP 116 zu gewährleisten.
Ferner ist ein Kommunikations-Baustein 136 vorgesehen, der zur Verbindung zwischen dem DSP 116 und der Außenwelt dient. Dieser ist über das I/O-Interface 126 mit dem DSP 116 verbunden. Er hat ein QEP-Interface 138 zur Verbindung mit einem externen Masterencoder 140, der z.B. bei der Etikettierung von Flaschen sowohl die Bewegung der Flaschen wie die damit synchrone Arbeitsweise des Etikettiergeräts 46 gleichzeitig steuert.
Wenn ein Masterencoder 140 verwendet wird, um die Geschwindigkeit der Produkte P mit der Geschwindigkeit der Etiketten 26 zu synchronisieren, wird kein fester Wert vom Potentiometer verwendet, sondern die Geschwindigkeit wird von diesem Encoder vorgegeben.
Der Startsensor 72 besitzt eine Totzeit, die bei veränderter Geschwindigkeit des Produkts P zu unterschiedlichen Positionierungen der Etiketten 26 führt. Um dies zu vermeiden, wird anhand einer einzugebenden Totzeit und der aktuellen Geschwindigkeit der Produkte P eine Startkompensation dieser Totzeit in Form eines Weges berechnet. Dies funktioniert auch, wenn mehrere Startsignale vorliegen und diese auf Grund einer langen Startverzögerung nacheinander abgearbeitet werden müssen. Dann wird zu jedem dieser Startsignale eine entsprechende Kompensation berechnet, damit die Etiketten 26 immer an der gleichen Stelle auf die Produkte P aufgebracht werden.
Der Masterencoder 140 verwendet bevorzugt zwei Spuren A und B, die dem Profilgenerator 220 als Eingangsgrößen zugeführt werden. Aus der Reihenfolge dieser Impulse kann in bekannter Weise ein Signal für die Drehrichtung des Motors 80 berechnet werden. Ferner wird ein Parameter "Getriebeübersetzung" erzeugt, der positiv oder negativ sein kann. Aus der Frequenz der Impulse, der Information über die Drehrichtung, sowie dem Parameter "Getriebeübersetzung" wird eine Referenzgröße für die Lageregelung erzeugt, welche Referenzgröße gewöhnlich nicht konstant ist, sondern sich im Betrieb ändert. Die Referenzgröße kann positiv oder negativ sein, aus folgendem Grund: Es gibt Etikettiergeräte, bei denen der Tisch 42 nach links ragt, wie in Fig.3 dargestellt, so dass das Etikettenband 20 nach links transportiert werden muss. Es gibt aber auch Etikettiergeräte, bei denen der Tisch 44 nach rechts ragt und folglich das Etikettenband 20 nach rechts transportiert werden muss. Das wird durch das Vorzeichen (+ oder -) der Referenzgröße angezeigt.
Falls das Vorzeichen der Referenzgröße für die gewählte Version "falsch" ist, also ihr nicht entspricht, werden die vom Produkterkennungssensor 72 eingehenden Impulse gesperrt, um einen Antrieb des Etikettenbandes 20 in der falschen Richtung zu vermeiden.
Da der Encoder 140 zwei Spuren A und B verwendet, ist auch eine Geschwindigkeit von V = 0 m/min während eines Etikettierzyklus möglich, also dann, wenn ein Etikett 26 bereits teilweise aufgeklebt ist. Die Istposition bleibt in diesem Fall durch das Dekrementieren bzw. Inkrementieren eines Positionszählers praktisch unverändert, und eine "Drift" in Rückwärtsrichtung wird vermieden. Eine solche Drift könnte dazu führen, dass das Trägerband 22 seine Spannung verliert.
Ferner hat der Baustein 136 ein Analog-Interface 142, an das Potentiometer 144, 145, 147 angeschlossen werden können, mit denen der Benutzer die Geschwindigkeit der Etikettierung, den Restweg (Nachlaufweg) S2 (Fig. 5 bis 7) und eine Startverzögerung einstellen oder feinjustieren kann. Diese Potentiometer sind in Fig. 3 und 16 dargestellt.
Ferner hat der Baustein 136 ein serielles RS 232-lnterface 146 zur Verbindung mit einem PC 148, ein Output-Interface 15O zur Verbindung mit Betätigungsorganen (insbesondere Pneumatikzylindern) 152, und ein Input-Interface 154 zur Verbindung mit Sensororganen 156, z.B. zur Richtungsvorgabe, Temperaturerfassung oder dgl. Schließlich kann auch noch eine (nicht dargestellte) serielle digitale Verbindung zu anderen Geräten gleicher oder ähnlicher Bauart vorgesehen sein, sofern das gewünscht wird.
Ein Baustein 160 dient zur Stromversorgung der Elektronik.
Die Bauteile, welche von einer strichpunktierten Linie 164 umrandet sind, bilden die Verbindung des Motors 80 nach außen. Die Bauteile, die mit einer strichpunktierten Linie 168 umrandet sind, stellen den eigentlichen Antrieb plus Steuerung dar. Ggf. können an das Bauteil 136 weitere periphere Einheiten, z.B. eine Tastatur oder ein Display, angeschlossen werden, um gewünschte Funktionen manuell einstellen zu können. Der Motor 80 wird mit einem Vierquadranten-Regler betrieben, da er während eines Etikettiervorgangs aktiv abgebremst werden muss, wobei aber die Möglichkeit zum Rückwärtslauf, die einem Vierquadranten-Regler inhärent ist, unterdrückt wird, da bei einem Etikettierantrieb ein Rückwärtslauf nicht vorkommen darf. (Dieser würde die Spannung im Etikettenband aufheben und die Regelvorgänge erheblich stören.)
Fig. 3, 17 und 19 zeigen, dass der Motor 80 in einem rohrartigen Bauteil 300 angeordnet ist, das an einer Gehäusewand 302 mittels Schrauben 304 befestigt ist, die auch zur Befestigung des Motors 80 dienen. Das Bauteil 300 ist bevorzugt ein Strangpressprofil aus Aluminium, und es ist auf seiner in Fig. 19 linken Seite durch einen massiven Deckel 306 aus Metall, z.B. Aluminium, verschlossen, der mittels Schrauben 305 (Fig. 19) am Teil 3O0 befestigt ist. Der Deckel 306 ist ein Gussteil und dient als Wärmesenke und Kühlkörper für ein Leistungsmodul 81 , welches die Endstufe 86 und den Zwischenkreis-Gleichrichter 104 enthält. Fig. 19 zeigt weitere Einzelheiten. Das Bauteil 300 gibt seine Wärme zum Teil an die Gehäusewand 302 ab, die ebenfalls einen Teil des (passiven) Kühlsystems darstellt. Auch der Motor 80, in dem wegen der hohen Spitzenströme viel Wärme erzeugt wird, gibt diese an das Teil 300 und die Gehäusewand 302 ab. Naturgemäß ist die Verwendung einer aktiven Kühlung nicht ausgeschlossen.
Das Teil 300 und sein Deckel 306 bilden zusammen eine Art Abdeckkappe 307, auch als "Hutze" bezeichnet, welche den Motor 80 und den wesentlichen Teil seiner Elektronik aufnimmt. Die Hutze 307 wirkt dabei nicht nur als staubdicht geschlossener Behälter für diese Teile, sondern auch als Kühlkörper, was eine extrem kompakte Bauweise ermöglicht, weil externe Schaltschränke meist entfallen können. Dies vereinfacht auch die Installation, weil man nur das Gerät 46 aufstellen und ans Netz 92 anschließen muss. Auch erleichtert es den Explosionsschutz und den Schutz gegen Feuchtigkeit, z.B. gegen Reinigungsflüssigkeit von Hochdruckreinigern.
Diese Bauweise ist deshalb von Vorteil, weil es so gelingt, das ganze Etikettiergerät 46 flüssigkeitsdicht zu kapseln, so dass es z.B. mit einem Hochdruckreiniger gereinigt werden kann. Für Industrien, wo Explosionsgefahr besteht, z.B. in Raffinerien in heißen Ländern, werden solche Geräte bevorzugt staubdicht ausgeführt, um die Explosionsgefahr zu reduzieren, und das wird durch die Erfindung sehr einfach möglich.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen in stark schematisierter Darstellung Vorgänge beim Spenden eines Etiketts 26v auf einen Sauger 170, der bei dieser Variante dazu dient, nach dem Spenden das gespendete Etikett auf ein still stehendes Produkt P zu übertragen, z.B. auf eine Schachtel, eine Verpackung oder dergleichen.
Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen schematisch dieselbe Spendekante 30 und denselben Etikettensensor 44. Das Etikettenband 20 wird beim Spenden eines Etiketts 26 durch die vom Motor 80 angetriebene Antriebswalze 62 in Richtung des Pfeiles 29 gezogen. Da die Antriebswalze 62 bei einer vollen Umdrehung das Trägerband 22 z.B. um 50 mm vorwärts transportiert, und da der Transportweg TW bei einem Spendevorgang oft in der Größenordnung von 10 bis 200 mm liegt, spielen sich die beschriebenen Vorgänge meist im Bereich von ein bis zwei Umdrehungen der Antriebswalze 62 ab, welche über das Getriebe 83 mit der Welle des Motors 80 verbunden ist, d.h. die Walze 62 wird zuerst gemäß einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil beschleunigt, läuft dann ein Stück weit mit etwa konstanter Geschwindigkeit, z.B. während 0,5 Umdrehungen, und wird dann gemäß einem vorgegebenen Profil auf Null abgebremst. Diese Vorgänge können sich innerhalb einer Sekunde z.B. dreißig Mal wiederholen, falls innerhalb dieser Sekunde dreißig Etiketten gespendet werden. Dabei müssen diese Vorgänge äußerst präzise ablaufen, denn die gespendeten Etiketten 26 müssen präzise an den gewünschten Stellen platziert werden, mit Toleranzen, die oft im Bereich von 0,1 mm liegen.
In Fig. 5 befindet sich das Etikettenband 20 auf dem Tisch 42 in Ruhe. Auf ihm befindet sich ein vorderes Etikett 26v und ein hinteres Etikett 26h. Der Etikettensensor 44 befindet sich auf dem Etikett 26v an einer Stelle A, die einen Abstand S2 von der Vorderkante 27 des Etiketts 26v hat. Nach dem Spenden des Etiketts 26v muss sich das Etikett 26h unter dem Etikettensensor 44 befinden, vgl. Fig. 7, wobei dieser an einer Stelle A1 auf dem Etikett 26h aufliegt, die ebenfalls den Abstand S2 von der Vorderkante 27 des Etiketts 26h hat. Die Stelle A' sollte also möglichst exakt der Stelle A entsprechen, wie das der Fachmann sofort versteht. Der Abstand von A nach A' entspricht in Fig. 5 dem Transportweg TW, und dieser entspricht - bei richtigem Transport - einer Etikettenlänge EL + einem Etikettenabstand SB, wie in Gleichung (1) angegeben, und sie entspricht auch der Summe von zwei Distanzen S1 und S2, wie in Fig. 5 dargestellt, wobei S1 der Abstand von der Stelle A bis zur Vorderkante 27 des hinteren Etiketts 26h ist, und S2 der Abstand von der Vorderkante 27 zur Stelle A1.
Gemäß Fig. 6 wird nach einem Startbefehl das Etikettenband 20 in Richtung des Pfeiles 29 transportiert, wobei das vordere Etikett 26v mit seiner (in den meisten Fällen) nicht klebenden, oberen Seite 26u auf den Sauger 170 aufgeschoben und von diesem angesaugt wird.
Dabei gelangt (vgl. Fig. 6) die Vorderkante 27 des hinteren Etiketts 26h zum Etikettensensor 44 und löst über diesen einen Interrupt im DSP 116 aus. Dieser Interrupt definiert also bei diesem Beispiel exakt eine bestimmte Lage der Vorderkante 27, und wenn man den Bewegungsablauf so steuern will, dass man den Motor 80 exakt dann stillsetzt, wenn das Etikett 26h an seiner Stelle A' den Etikettensensor 44 erreicht hat, vgl. Fig. 7, muss zwischen der Vorderkante 27 und dieser Stelle A' nach jedem Etikettiervorgang derselbe Abstand S2 liegen, wie in Fig. 7 eingezeichnet.
Wenn die Stellung gemäß Fig. 6 durchlaufen wird, wird deshalb in den Rechner 116 eine neue Zielinformation S2 geladen. Diese neue Zielinformation ist genauer als die bei der Stellung gemäß Fig. 5 eingegebene Zielinformation TW, weil TW ständig kleinen Schwankungen unterliegt, was dazu führen würde, dass die Stellen A, A1, etc. mit der Zeit an andere Stellen der Etiketten 26 "wandern" würden, d.h. das Etikett würde versetzt werden.
Besonders ist darauf hinzuweisen, dass die Messung an der Etikettenkante 27 zwar spezielle Vorteile bietet, dass aber in vielen Fällen auch andere Arten der Messung möglich sind. Bei bedruckten Etiketten kann z.B. eine optische Marke an einer bestimmten Stelle des Etiketts vorgesehen werden, die im Betrieb abgetastet wird und dann zu dem beschriebenen Interrupt führt, bei dem der Wert S2 geladen wird, oder man kann ein Loch in das Etikettenband 20 stanzen und an diesem Loch einen Interrupt auslösen, etc.
Ein anderer Vorteil ist der, dass vom Benutzer der Weg S2 variiert werden kann. Dieser Wert legt die Position der Punkte A, A' auf den Etiketten 26 sehr genau fest, d.h. man kann durch Verändern von S2 diese Position nach Wunsch verändern, wodurch automatisch die Lage der gespendeten Etiketten verändert wird.
Nach dem Einlegen eines neuen Etikettenbandes 20 geht man in der Praxis wie folgt vor:
Auf eine Länge von ca. 1 m werden vom Trägerband 22 die Etiketten 26 manuell abgezogen, und das Band wird in das Etikettiergerät eingelegt. Vorher wird gewöhnlich der Etikettentyp in das Etikettiergerät eingegeben, dessen Daten in einem Formatspeicher des Etikettiergeräts gespeichert sind (oder gespeichert werden können), um eine einfache Umstellung auf andere Etiketten zu ermöglichen. Gespeichert werden, nach Produktgruppen sortiert: Geschwindigkeit Vsoil, Nachlaufweg (Restweg) S2soll, und Startverzögerung, sowie bei der Verwendung des Masterencoders 140 zur Geschwindigkeitserfassung die Getriebeübersetzung (elektronisches Getriebe).
Nach dem Einlegen des Bandes wird manuell der Befehl erteilt, dass der Motor 80 läuft, und dieser läuft so lange, bis das erste Etikett 26 zum Sensor 44 gelangt, und wird nach Durchlaufen des Weges S2 auf Null abgebremst.
Da in diesem Fall noch kein Etikett 26 an der Spendekante 30 ist, wird dieser Vorgang durch entsprechende manuelle Befehle so lange wiederholt, bis sich ein Etikett 26 an der Spendekante 30 befindet. Dabei werden Etikettenlänge EL und Etikettenabstand SB genau ermittelt, d.h. das neue Etikettenband wird durch den DSP 116 "vermessen".
Ab jetzt kann etikettiert werden, da die Daten über Etikettenlänge etc. gespeichert sind. Etikettenlänge EL und Etikettenabstand SB werden bevorzugt auch im Betrieb fortlaufend ermittelt und ggf. automatisch korrigiert.
Am Etikettiergerät ist zum manuellen Steuern dieser Vorgänge eine Taste 99 (Fig. 3 und 16) vorgesehen, die als "Vorspendetaste" bezeichnet wird.
Wird eine andere Etikettengröße verwendet, z.B. ein längeres Etikett, so wird auch automatisch ein neuer Weg S2 vorgegeben, und dieser kann zusätzlich vom Benutzer etwas variiert werden. Dies ermöglicht es, den Etikettensensor 44 an einer bestimmten Stelle des Tisches 42 zu montieren und dann, wenn ein Etikettenband mit anderen Etiketten eingelegt wird, durch bloße Verstellung der Länge S2, also einer elektrischen Größe, die Maschine neu einzustellen. Es ist also häufig nicht notwendig, den Etikettensensor 44 mechanisch zu verstellen, wenn andere Arten von Etiketten verwendet werden sollen.
Da aus den im Gerät gespeicherten Werten der Wert TW genau eingegeben wird, kann das Etikettiergerät auch dann weiter arbeiten, wenn einmal ein Etikett 26 auf dem Etikettenband 20 fehlt, weil dann zwar kein Interrupt durch den Sensor 44 erzeugt wird, aber der Rechner in diesem Fall mit der Größe TW arbeitet, wodurch das Etikettenband 20 jedenfalls in der Nähe der Positionen A, A' stillgesetzt wird. Dies ist deshalb wichtig, weil durch Produktionsfehler auf einem Etikettenband gelegentlich einzelne Etiketten fehlen können. Auch können Klebestellen im Etikettenband zu Messfehlern führen. An einer Klebestelle wird an ein erstes Band mittels eines Selbstklebebandes ein zweites Band angeklebt, und dieses Selbstklebeband erhöht durch seine Anwesenheit die Dicke des Etikettenverbunds und kann deshalb zu Fehlmessungen führen.
Wenn z.B. der Abstand zwischen der Vorderkante von zwei Etiketten 42 mm beträgt, muss sichergestellt sein, dass auch an einer Klebestelle, wo zwei Bänder miteinander verbunden sind, das Etikettenband alle 42 mm angehalten wird, damit in einem Drucker sämtliche Etiketten richtig bedruckt werden und kein zu etikettierender Gegenstand ohne ein bedrucktes Etikett die Etikettieranlage verlässt.
Wäre es möglich, dass an einer Klebestelle das Etikettenband einfach weiterläuft und z.B. erst nach 84 mm wieder zum Halten kommt, so würde ein Etikett nicht bedruckt, aber man könnte nicht vermeiden, dass dieses unbedruckte Etikett anschließend zum Etikettieren verwendet wird. Besonders bei Verwendung eines Druckers ist also die Erfindung von großem Vorteil, weil sie verhindert, dass Gegenstände mit unbedruckten Etiketten etikettiert werden.
Fig. 8 erläutert die Erfindung anhand eines Diagramms, bei dem zur Vereinfachung und als Eselsbrücke die Darstellung so zu denken ist, dass das Etikettenband 20 still steht und sich der Etikettensensor 44 in Richtung eines Pfeiles 29' von links, nämlich einer Startposition A, nach rechts zu einer Messposition M und dann zu einer Zielposition A' bewegt. Die Messposition M entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt der Vorderkante 27 des Etiketts 26h, wobei, wie bereits erläutert, auch andere Varianten möglich sind.
Die Darstellung nach Fig. 8 ist eine spezielle Darstellung für Bewegungsabläufe und weicht stark vom Gewohnten ab.
Wie im oberen Teil von Fig. 8 dargestellt, zeigt dort die horizontale Achse die Zeit t, und die vertikale Achse zeigt die Geschwindigkeit V des Etikettenbandes 20, also V = dS/dt.
Der untere Teil der Fig. 8 zeigt die Bewegung, aber nicht in einer linearen Skala. Z.B. ist an den Stellen A und A die Geschwindigkeit V = O.
Bildet man
S = JV dt ...(2), also das Integral der Geschwindigkeit über der Zeit, so erhält man den zurückgelegten Weg S. Z.B. ist in Fig. 8 die Fläche unterhalb der Kurve 180, 184 zwischen den Stellen M und A' grafisch hervorgehoben, und diese Fläche entspricht dem Weg S2, der zwischen den Zeitpunkten M und A zurückgelegt wird. Wenn der Etikettierer mit unterschiedlicher Geschwindigkeit V betrieben wird, darf sich diese Fläche nicht ändern, sofern dasselbe Etikett verarbeitet wird.
Die Stellen A, M und A1 stellen also einmal bestimmte Punkte dar, die der Sensor 44 bei seiner - gedachten - Bewegung von links nach rechts erreicht, und zum anderen stellen sie auf der Zeitachse die Zeitpunkte dar, an denen der Sensor 44 diese Stellen A, M und A' bei seiner Bewegung erreicht.
Die grafisch hervorgehobene Fläche zwischen den Punkten M und A' setzt sich aus verschiedenen Teilflächen zusammen, wie folgt:
Eine Fläche 179 ist die vom Bediener des Geräts einstellbare Komponente des Weges S2soll. Der Bediener kann nur diesen Teil verändern.
Eine anschließende Fläche 181 stellt eine Reserve für den Fall dar, dass die Etikettiergeschwindigkeit erhöht wird, vgl. Fig. 10.
An die Fläche 181 schließt sich rechts eine Fläche 185 an. Rechts von der Fläche 185 liegt die Fläche F184 unter der Rampe 184. Die Fläche unter der Rampe 176 ist mit F176 bezeichnet.
Gemäß Gleichung (2) entspricht der Weg S2soll der Fläche, die in Fig. 8 grafisch hervorgehoben ist, also der Summe der Flächen 179, 181 , 185 und F184, und bei einer Änderung der Geschwindigkeit Vsoii müssen die Begrenzungen dieser Flächen so vom DSP 116 neu festgelegt werden, dass ihre Summe konstant bleibt.
Generell muss man unterscheiden
A) Profil S = f(t), also Profil des Lage-Sollwerts über der Zeitachse.
B) Profil V = f(t), also Profil der Geschwindigkeit des Etikettenbands 20 über der Zeitachse.
Das Profil S = f(t) wird dem Lageregler 273 in Form von kleinen Schritten vorgegeben, z.B. alle 100 /S. Dabei kann ein Befehl z.B. lauten: "Am Ende der nächsten 100 zs soll das Etikettenband die Stellung 13,2 mm erreicht haben." Beim Interrupt an der Messstelle M wird die Zielposition Z im Profilgenerator 220, welche eine Variable darstellt, korrigiert, so dass der Lageregler 273 dann entsprechend korrigierte Werte erhält, wie bereits ausführlich beschrieben.
Das Profil V = f(t) wird verwendet, um einen Etikettierzyklus wie in Fig. 8 zu erzeugen. Die Rampen 176, 184 werden bevorzugt grundsätzlich mit einer Beschleunigung ausgeführt, d.h. ihre Steigung bleibt bevorzugt im wesentlichen unabhängig von der Etikettiergeschwindigkeit. Wie dies bevorzugt geschieht, wird nachfolgend bei Fig. 20 beschrieben.
In der Startposition A beginnt gemäß dem Kurvenabschnitt 176 (erste Phase der Bewegung) der Anstieg der Geschwindigkeit V mit einer vorgegebenen Steigung 31 , nämlich so, wie die Fahrkurve im Profilgenerator PG 220 (Fig. 13) gespeichert ist. Ein Anstieg der Motordrehzahl auf 3000 U/min erforderte z.B. bei einem Ausführungsbeispiel einen Drehwinkel von ca. 66° entsprechend einer Bewegung des Bandes 20/22 um ca. 8 mm.
Im Kurvenabschnitt 176 steigt die Geschwindigkeit V an, bis eine Geschwindigkeit Vsoii erreicht ist, die vom Benutzer über ein Stellglied vorgegeben werden kann, was durch einen Pfeil 178 symbolisiert ist. Die Geschwindigkeit Vsoii bestimmt die Arbeitsgeschwindigkeit des Etikettierers. Sie kann z. B. zwischen 80 und 160 m/min liegen. Ein Wert von 120 m/min entspricht 2 m/s, und pro Sekunde können dann etwa 10 bis 30 Etikettiervorgänge stattfinden.
Wenn die Geschwindigkeit Vsoll erreicht ist, geht die Etikettiervorrichtung zu einem Betrieb mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit über (Kurve 180 = zweite Phase des Geschwindigkeitsprofils), und dabei wird ab der Startposition A die Strecke S1 durchlaufen. Vor dem Start wurde der Profilgenerator 220 auf eine Zielposition Z = EL + SB eingestellt, also auf ein Profil, bei dem insgesamt eine Strecke TW durchfahren wird, wobei diese Strecke TW der gesamten Fläche unter der Kurve 176, 180, 184 entspricht.
Nach Durchlaufen des (mittels der Ausgangssignale des Encoders 82 gemessenen) Weges S1 gelangt der Etikettensensor 44 in die Messstellung M, nämlich zur Vorderkante 27 des Etiketts 26h, und das Durchlaufen dieser Vorderkante 27 bewirkt einen Mess-Interrupt an der Stelle/dem Zeitpunkt M. An dieser Stelle hat der Prozessor DSP 116 einen Zählerstand S1ist entsprechend dem tatsächlich durchlaufenen Weg S1 erreicht.
Zu diesem Zählerstand S1ist wird nun der vom Benutzer vorgegebene Wert S2solι addiert, der auch als Restweg oder Nachlaufweg bezeichnet werden kann. Der Wert Z = S1 ist + S2soll ...(4) wird dann als neuer Zielwert Z (Sollwert für den Weg bis zur Stelle A') verwendet.
Entsprechend der Größe S2soiι und entsprechend der Größe der Geschwindigkeit Vsoll berechnet jetzt der DSP 116 einen Zeitpunkt 182, ab dem gemäß der Steigung 32 der Rampe 184 die aktive Bremsung des Motors 80 beginnen muss, so dass der Motor 80 bis zum Zeitpunkt 182 mit der Geschwindigkeit Vsoll läuft und dort in die abfallende Rampe 184 (dritte Phase des Geschwindigkeitsprofils) übergeht, in welcher der Motor 80 durch den Lageregler 218 so gebremst wird, dass er an der Stelle A den Wert V = 0 erreicht, also Stillstand des Etikettenbandes 20.
Die prognostische Berechnung der Zeitpunkte 182, 182' für den Übergang zwischen den Phasen 2 und 3 des Geschwindigkeitsprofils erfolgt im DSP 116 und wird nachfolgend anhand der Fig. 9 bis 11 an Beispielen erläutert.
Die Werte, auf die der Benutzer die Größe S2soli einstellen kann, werden durch das Programm begrenzt, indem die Veränderung der Fläche 179 so begrenzt wird, wie das weiter oben beschrieben wurde. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei zunehmender Geschwindigkeit V der zeitliche Abstand zwischen den Zeitpunkten A und A' abnimmt, wobei das Integral gemäß Gleichung (2) (von A bis A') vom DSP 116 konstant gehalten wird.
Bei dem Verfahren gemäß Fig. 8 wird also die Zielposition Z bei laufendem Motor 80 während des Interrupts an der Messstelle M (Vorderkante 27 des Etiketts 26h) neu definiert. Dieses Verfahren erhöht in der Praxis entscheidend die Etikettiergenauigkeit. Denn durch dieses Verfahren wird erreicht, dass der Abstand S2 des Punktes A von der Vorderkante 27 des vorderen Etiketts 26v ganz weitgehend mit dem Abstand S2soil des Punktes A' von der Vorderkante 27 des hinteren Etiketts 26h übereinstimmt, d.h. die Punkte A, A" "wandern" nicht, sondern behalten den vom Benutzer eingestellten Abstand S2 von der Vorderkante 27 des jeweiligen Etiketts 26 bei. Durch dieses "Nachregeln" können die Störfaktoren, die beim Lauf des Etikettiergeräts auftreten, weitgehend kompensiert werden. Das sind vor allem: a) Die variablen Kräfte, die von außen, vor allem durch die gefederten Pendelarme 56 und 66 (Fig. 3), auf das Band, also das Etikettenband 20 bzw. das Trägerband 22, einwirken. b) Die Effekte, die dadurch entstehen, dass sich das Band 20/22 bei seiner Beschleunigung während der Anstiegsphase 176 dehnt, was man bei solchen Etikettenbändern auch als "Gummibandeffekt" bezeichnet. c) Kleine Schwankungen der Etikettenlänge EL und des Etikettenabstands SB, sogenannte "Teilungsfehler", bleiben ebenfalls ohne Einfluss, sofern die Messung möglichst nahe bei der Spendekante 30 erfolgt, weshalb angestrebt wird, den Sensor 44 möglichst nahe bei der Spendekante 30 anzuordnen.
Die Fig. 9 bis 11 dienen zur Erläuterung der automatischen Anpassung des Profils durch den Profilgenerator 220, wenn die Sollgeschwindigkeit Vsoll geändert wird.
Fig. 9 ist eine Darstellung analog Fig. 8. Wenn die Winkel 31 und 32 dem Betrag nach gleich groß sind, also die ansteigende Flanke 176 dem Betrag nach dieselbe Steigung hat wie die abfallende Flanke 184, ergänzt die Fläche F184 (unter der Flanke 184) die Fläche F146 (unter der Flanke 146) zu einem Rechteck, wie durch einen Pfeil 183 symbolisch dargestellt, und insgesamt erhält man bei diesem vereinfachten Beispiel, zusammen mit der rechteckigen Fläche F180 (unterhalb des Abschnitts 180) ein Rechteck mit der Höhe Vsoll und der Länge T, wobei die Länge T der Zeit zwischen dem Verlassen des Punktes A und dem Erreichen des Punktes 182 ist, dessen Wert auf der Zeitachse mit 182' bezeichnet ist.
Diese Fläche entspricht der Abmessung TW der Fig. 2, also dem Abstand der Vorderkanten 27 zweier aufeinander folgender Etiketten 26.
Wenn die Geschwindigkeit Vsoll geändert wird, darf sich diese Fläche TW nicht ändern. Bei diesem vereinfachten Beispiel gilt also
TW = Vsoll * T ...(5)
Daraus folgt, dass man bei Kenntnis des Etiketten-Abstandes TW und der
Geschwindigkeit Vsoll direkt die Größe T berechnen kann als
T = TW/Vsoll ...(6) Man weiß also bei diesem Beispiel folgendes:
Nach dem Start an der Stelle A steigt die Geschwindigkeit V mit der Steigung 31 so lange an, bis die Geschwindigkeit Vsoll erreicht ist.
Ab Erreichen von Vsoll wird das Etikettenband 20 so lange mit der konstanten
Geschwindigkeit Vsoll angetrieben, bis ab dem Zeitpunkt A die Zeit
T = TW/Vsoll abgelaufen, also der Zeitpunkt 182' erreicht ist.
Ab dem Zeitpunkt 182' wird der Antrieb auf Bremsen mit der Steigung 32 umgeschaltet, und zum Zeitpunkt A' wird lagegeregelt die Position A1 auf dem hinteren Etikett 26h (Fig. 8) erreicht, und zwar unabhängig von der eingestellten Geschwindigkeit Vsoll, d.h. gleichgültig, ob die Maschine schnell oder langsam läuft, wird immer korrekt etikettiert.
Bei Fig. 10 ist der Antrieb auf eine maximale Geschwindigkeit Vmax eingestellt, d.h. die ansteigende Flanke 176 und die abfallende Flanke 184 sind länger als in Fig. 9. Die grau hervorgehobene Fläche TW muss der Fläche TW gemäß Fig. 9 entsprechen, und folglich wird hier die Zeit T entsprechend kürzer, nämlich T = TW/Vmax.
Auch hier wird die Zeit T ab dem Start an der Stelle A gemessen, und wenn diese Zeit bei Erreichen der Stelle 182' abgelaufen ist, wird auf Bremsen etwa mit der Steigung 32 umgeschaltet.
Fig. 11 zeigt den analogen Fall, dass der Antrieb auf die minimale Geschwindigkeit Vmin eingestellt wird. Auch hier muss die grau hervorgehobene Fläche TW der Größe der entsprechenden Flächen TW in Fig. 9 und Fig. 10 entsprechen, und deshalb ergibt sich eine entsprechend lange Zeit T = TW/Vmin ab Verlassen der Stelle A bis zum Erreichen des Zeitpunkts 182', und an dieser Stelle wird auf die abfallende Flanke 184 umgeschaltet, damit auch hier eine korrekte Etikettierung erfolgt.
Der Profilgenerator 220 erhält also folgende Größen: Den Etikettenabstand TW, ausgedrückt als Zielgröße Z. Die Steigung 31 der ansteigenden Flanke 176. Die Steigung 32 der abfallenden (bremsenden) Flanke 184. Die Geschwindigkeit Vsoll.
Anhand dieser Größen berechnet der Profilgenerator 220 das Profil, welches der eingestellten Geschwindigkeit Vsoll entspricht, wobei die Größe T in der beschriebenen Weise prognostisch berechnet wird.
Wenn man die Steigungen 31 und 32 dem Betrag nach gleich groß macht, ergibt sich eine besonders einfache Berechnung von T, aber selbstverständlich können diese Steigungen auch differieren. In diesem Fall müssen die Flächen F146, F180 und F184 separat berechnet bzw. geschätzt werden, und es gilt dann die Beziehung TW = F146 + F180 + F184 ...(7)
Das Drehzahlprofil, das vom Motor 80 erzeugt werden muss, wird also aus den Daten berechnet, die dem DSP 116 zugeführt werden, wobei für einen bestimmten Etikettentyp der Abstand TW die Größe der Fläche unter dem Profil 176, 180, 184 definiert, und diese Fläche unabhängig von der augenblicklich eingestellten Geschwindigkeit Vsoll durch automatische Neuberechnung des Geschwindigkeitsprofils V = f(t) im wesentlichen konstant gehalten wird.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Größe T gewöhnlich nur einen Sekundenbruchteil beträgt, weil z.B. pro Sekunde 30 Etikettiervorgänge ablaufen. Dies hängt von der eingestellten Geschwindigkeit Vsoll ab, da ja bei niedriger Geschwindigkeit weniger Etiketten pro Sekunde verarbeitet werden.
Durch die Korrektur der Zielgröße Z an der Stelle M erreicht man automatisch eine Anpassung, wenn sich bei einem Etikettenband der Abstand TW ändert, wie das bereits ausführlich beschrieben wurde. Dadurch ergibt sich dann auch eine Korrektur der Zeit T, wie das für den Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung klar ersichtlich ist, d.h. wenn sich die Zielgröße Z ändert, wird bevorzugt auch der Zeitpunkt 182' neu berechnet.
Besonders für das Etikettieren vorbeilaufender Gegenstände P (vgl. Fig. 3) ist es sehr wichtig, dass ein Etikett 26, das gespendet werden soll, innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne die gleiche Geschwindigkeit erreicht, wie sie dieser Gegenstand P hat, damit das Etikett an der richtigen Stelle auf diesem Gegenstand "angeheftet" wird, und dass anschließend das Etikett genau mit der Geschwindigkeit des vorbeilaufenden Produkts gespendet wird, also ein guter Gleichlauf zwischen Produkt P und Etikett 26 gewährleistet wird. Das setzt voraus, dass die Bewegung des Etikettenbands 20 sehr exakt entsprechenden Befehlen gehorcht, also der Lageregler 273 die Bewegungen des Etikettenbands 20 sehr gut kontrollieren kann.
Fig. 12 zeigt ein Flussdiagramm für den Ablauf der Routine CORR.Z (Zielkorrektur) S200, welche das Drehzahlprofil des Motors 80 steuert.
Bei S202 wird geprüft, ob ein Startsignal vom Sensor 72 (Fig. 3) vorliegt. Falls Nein (N), geht die Routine in einer Schleife zurück zum Anfang. Falls Ja (Y), geht die Routine zum Schritt S204. Dort wird der Profilgenerator 220 (Fig. 10) entsprechend den vorgegebenen Parametern, z.B. dem Wert Z:=TW und der gewünschten Geschwindigkeit Vsoll, geladen. Die vom Profilgenerator 220 erzeugten Werte beruhen auf gespeicherten Wertetabellen, und der Profilgenerator berechnet daraus das Bewegungsprofil. Das Profil ist ein Drehzahlprofil, und dieses beginnt mit V = 0 und endet bei V = 0, wie in Fig. 8 dargestellt. Der Wert Z entspricht in S204 der Summe (EL + SB) für das verwendete Etikettenband 20. (Ggf. kann man auch mit dem Mehrfachen von (EL + SB) arbeiten, falls am Etikettierer 46 kein Drucker vorgesehen ist.)
Anschließend wird in S206 geprüft, ob die Messstellung M erreicht ist, also ob der Etikettensensor 44 an der Vorderkante 27 des Etiketts 26h ein Signal erzeugt hat, das in der bereits beschriebenen Weise einen Interrupt auslöst, um eine sofortige Reaktion auf dieses vom hinteren Etikett 26h bewirkte Ereignis zu ermöglichen.
Falls die Messstellung M erreicht ist (Antwort: Y), wird in S208 der Profilgenerator 220 in der bereits beschriebenen Weise korrigiert, und zum gemessenen Weg S1ist, der bis zum Erreichen der Messstellung M gemessen wurde, wird gemäß Gleichung (4) der gewünschte Restweg S2soiι addiert, und das Resultat Z = S1 ist + S2soll wird als neue Zielgröße Z verwendet, ersetzt also die Zielgröße Z aus S204, so dass der Profilgenerator 220 entsprechend der neuen Zielgröße Z den Lauf des Motors 80 regelt, d.h. der Profilgenerator wird ggf. entsprechend korrigiert, wie in S208 angegeben. (Im Idealfall stimmen die Zielgrößen Z aus den Schritten S204 und S208 vollständig überein, aber in der Praxis sind kleine Differenzen unvermeidbar. Wenn die Werte übereinstimmen, muss der Profilgenerator 220 selbstverständlich nicht korrigiert werden.)
Anschließend geht das Programm zu S210, wo geprüft wird, ob die Zielposition Z erreicht ist. In Fig. 8 entspricht diese Zielposition der Stelle A' auf dem Etikett 26h, d.h. der Etikettensensor 44 liegt dann exakt gegen diese im voraus berechnete Stelle A' an, und der Motor 80 steht, also V = O. Wenn dies der Fall ist (Y), geht die Routine S200 zurück zum Anfang und wartet auf das nächste Startsignal.
Falls in S210 die Antwort Nein (N) lautet, geht die Routine zurück zum Schritt S206.
Falls in S206 die Antwort ständig Nein ist, z.B. weil ein Etikett 26 auf dem Trägerband 22 fehlt und folglich der Etikettensensor 44 keine Messstelle M findet und keinen Interrupt auslösen kann, findet die Korrektur des Wertes Z im Schritt S208 nicht statt, und die Routine geht von S206 direkt zu S21O, d.h. sie arbeitet mit der Zielgröße Z aus S204 weiter und prüft in S210 ebenfalls, ob Z erreicht ist. Falls Nein, geht die Routine auch hier zurück zu S206. Falls Ja, geht sie zurück zu S202, und dort wird ein neues Startsignal abgewartet.
Wenn also ein Etikett 26 auf dem Trägerband 22 fehlt, wird das Etikettenband 20 trotzdem etwa an der Stelle A stillgesetzt, sofern in S2O4 die Zielgröße Z auf die Summe (EL + SB) gemäß Gleichung (1) festgelegt wurde. Dies ist vor allem dann wichtig, wenn die einzelnen Etiketten 26 im Etikettiergerät bedruckt werden, wie das in Fig. 16 dargestellt ist, da in vielen Fällen für den Druck das Trägerband 22 stillstehen muss. Wenn ein Etikett fehlt, wird in diesem Fall das stillstehende Trägerband 22 bedruckt.
Die Routine S200 kann je nach Anwendung Plausibilitätskontrollen enthalten, z.B. wie beschrieben für den Wert S2soil.
Fig. 13 zeigt die zugehörige Regelanordnung 218. Mit 220 ist der Profilgenerator PG bezeichnet, der nach Eingang von Daten 222 (Startbefehl, Steigungen 31 , 32, TW, Vsoll, etc) ein Geschwindigkeitsprofil erzeugt, wie z.B. in Fig. 8 dargestellt und erläutert. Dem PG 220 wird also eine Zielposition Z zugeführt, die beim Start dem Wert TW gemäß Gleichung (1) entsprechen kann, oder ggf. auch einem Mehrfachen von TW, sofern kein Drucker 280 (Fig. 16) vorgesehen ist.
An seinem Ausgang 221 erzeugt der PG 220 einen Sollweg Ssoll, der über einen Soll-Istwert-Vergleicher 224 einem Pl-Lageregler S-CTL 226 zugeführt wird. Dem Vergleicher 224 wird als aktuelle Größe der tatsächlich vom Etikettenband 20 zurückgelegte Weg Sist zugeführt, der durch Zählen von vom Encoder 82 gelieferten Impulsen 83 in einem Zähler 228 erhalten wird. (Der Zähler 228 kann sich im DSP 116 befinden.) Der Wert Sist wird auch einem Rechenglied 230 zugeführt.
Fig. 13 zeigt, dass der Encoder 82 bei diesem Beispiel insgesamt sechs Ausgänge hat, die mit A, A/, B, B/, X und XI bezeichnet sind. Diese sind mit einem logischen Schaltglied 227 verbunden, und ihre Signale werden dort ausgewertet und zu logischen Signalen A1 , B1 und X1 aufbereitet, die ihrerseits einem Konvertierer 229 zugeführt werden, der daraus an einem Ausgang 231 ein Drehstellungssignal Ωjst erzeugt, das die Drehstellung des Motors 80 anzeigt. Dieses Signal wird für die Erzeugung eines Raumvektors benötigt.
Auf dem X-Kanal werden die Informationen von drei Hallsensoren als serielles Signal übertragen, das auch im Stillstand die augenblickliche Position des permanentmagnetischen Rotors im Motor 80 anzeigt.
Der Motor 80 läuft beim Ausführungsbeispiel im Betrieb als sog. Sinusmotor, also als dreiphasiger Motor mit sinusförmigen Statorströmen. Jedoch können direkt nach dem Einschalten diese sinusförmigen Ströme noch nicht erzeugt werden, da sie eine sehr exakte Erfassung der Rotorstellung voraussetzen, die im Stillstand nicht möglich ist.
Über den X-Kanal ist aber eine grobe Information über die Rotorstellung verfügbar, so dass der Motor 80 in einer Betriebsart als kollektorloser Motor 80 starten kann, wofür eine grobe Rotorstellungsinformation genügt.
Sobald sich der Motor 80 genügend schnell dreht, wird er auf Betrieb als Sinusmotor umgeschaltet, weil dann die Rotorstellung mit einer sehr feinen Auflösung gemessen werden kann.
Die Signale A1 und B1 werden einer QEP-Einheit 233 zugeführt, welche in den DSP 116 integriert ist. Diese erhöht die Auflösung des Encoders 82 um den Faktor 4, das heißt, wenn der Encoder 82 z. B. pro Umdrehung 2.500 Impulse liefert, erhält man am Ausgang der QEP-Einheit 233 eine Zahl von 10.000 Impulsen pro Umdrehung. Dadurch erhält man eine höhere Auflösung und folglich eine höhere Genauigkeit des Systems. Naturgemäß wird in manchen Fällen auch eine niedrigere Genauigkeit genügen. Am Ausgang der QEP-Einheit 233 erhält man also ein Drehzahlsignal njst in
Form von Impulsen 83, deren Frequenz der augenblicklichen Drehzahl des Motors 80 proportional ist.
Die Impulse 83 werden in einem Integrierglied (Zähler) 228 integriert, so dass man an dessen Ausgang 237 ein Wegsignal Sjst erhält, das dem vom Etikettenband 20 zurückgelegten Weg entspricht.
Fig. 14 zeigt die verschiedenen Signale. Die Signale A und A/ werden von einer ersten Signalspur erzeugt, die Signale B und B/ von einer hierzu um 90° el. versetzen Signalspur.
Das Drehzahlsignal njst wird, wie in Fig. 14 dargestellt, durch Differenzierung der
Flanken der Signale A/, B/ erzeugt. Das Signal A1 entspricht dem Signal A, und das Signal B1 entspricht dem Signal B. Aus der Phasenverschiebung zwischen den Signalen A und B ergibt sich die Drehrichtung des Motors 80, wie das dem Fachmann bekannt ist.
Da besonders am Anfang ein großer Unterschied zwischen Sist (= 0) und Ssoii bestehen kann, ergibt sich am Ausgang des Pl-Reglers 226 eine entsprechende Stellgröße, und diese wird dann in einem Begrenzungsglied 232 ggf. auf einen vorgegebenen Wert begrenzt. (Da es sich bevorzugt um einen digitalen Pl-Regler handelt, ist diese Begrenzung Teil des Regelprogramms. Der Wert, auf den begrenzt wird, kann hier, wie auch im Begrenzer 250, variabel und einstellbar sein. Die Begrenzung wird nur wirksam, falls die Stellgröße den eingestellten Wert überschreitet.)
Am Ausgang des Begrenzers 232 erhält man einen Sollwert nsoii für die Drehzahl des Motors 80. Dieser wird in einem Vergleicher 234 verglichen mit dem Drehzahl- Istwert nist, der vom Ausgang 235 der QEP-Einheit 233 zugeführt wird.
Das Ausgangssignal des Vergleichers 234 wird einem digitalen Pl-Drehzahlregler 238 zugeführt, an dessen Ausgang man einen Stellwert erhält, zu dem in einem Addierglied 240 das Ausgangssignal eines FF-Glieds 242 für die Beschleunigung und eines FF-Glieds 244 für die Geschwindigkeit Vsoll addiert werden. (FF = Feed Forward).
Das Glied 244 (FF Vsoll) erhält sein Eingangssignal von einem Differenzierglied 270, das dazu dient, die vom Profilgenerators 220 an dessen Ausgang 223 gelieferten Sollpositionen nach der Zeit zu differenzieren, also einen Geschwindigkeits-Sollwert dSsoll/dt zu bilden, und dieser Wert wird im Glied 244 mit einem empirisch ermittelten vorgegebenen Faktor multipliziert und dem Addierglied 240 als Eingangsgröße zugeführt.
Das Glied 242 (FF Accel) erhält sein Eingangssignal von einem Differenzierglied 271 , das dazu dient, den im Glied 270 berechneten Geschwindigkeits-Sollwert nochmals nach der Zeit zu differenzieren, also einen Sollwert für die Beschleunigung zu berechnen, und diese Soll-Beschleunigung wird im Glied 242 mit einem empirisch ermittelten vorgegebenen Faktor multipliziert und dann ebenfalls dem Addierglied 240 als Eingangsgröße zugeführt. Das Glied 242 multipliziert also die aus den Gliedern 270, 271 erhaltene Größe und führt sie dem Glied 240 zu.
Durch diese Differenziervorgänge wird also vorausschauend in den Regelkreis eingegriffen, was die Dynamik des Reglers 218 sowie seine Genauigkeit beim Positionieren der Etiketten 26 erhöht. Dies wird nachfolgend bei Fig. 20 ausführlich erläutert.
Besonders wichtig ist dies an der Stelle A der Fig. 8, also am Übergang von V = 0 zur ansteigenden Rampe 176, ebenso an der Stelle 177 (Übergang von der ansteigenden Rampe 176 zum Bereich 180 mit konstanter Geschwindigkeit), ebenso an der Stelle 182 (Übergang vom Bereich 180 zur bremsenden Rampe 184), und schließlich an der Stelle A', nämlich dem Übergang vom Abschnitt 184 mit aktiver Bremsung zum Stillstand, also zu V = 0. Hierdurch vermeidet man an den Stellen A, 177, 182 und A' sehr weitgehend ein Überschwingen oder Unterschwingen, und die Übergänge verlaufen im wesentlichen asymptotisch. Die Multiplikationsfaktoren in den Gliedern 242, 244 werden empirisch ermittelt und hängen u.a. vom Typ des Motors 80 ab. Bei richtiger Einstellung erreicht man vor allem, dass an den Stellen A und A' ein Rückwärtsdrehen des Motors 80 nahezu unmöglich wird. Ein solches Rückwärtsdrehen würde zu einer Entspannung des Trägerbandes 22 führen und ist deshalb unerwünscht.
Das Ende des horizontalen Bereichs 180 (Fig. 8), also der Zeitpunkt 182', wird wie beschrieben vorausschauend berechnet. Die vorausschauenden Berechnungen, wie sie bei der Erfindung bevorzugt verwendet werden, führen zu einer Erhöhung der Dynamik des Systems, d.h. sie ermöglichen bei hohen Etikettiergeschwindigkeiten eine sehr gute Positionier- und Wiederholgenauigkeit.
Das Ausgangssignal des Glieds 240 wird einem Begrenzer 250 zugeführt, und der Stellwert am Ausgang des Begrenzers 250 dient als Strom-Sollwert isoli für die q- Achse.
Der Motor 80, der auch als Synchronmaschine mit permanentmagnetischer Erregung (PMSM) bezeichnet wird, arbeitet bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer feldorientierten Regelung (Vektorregelung), wobei der feldbildende Strom ("Erregerstrom") und der drehmomentbildende Strom separat geregelt werden. Eine solche feldorientierte Regelung beruht darauf, dass die zu entkoppelnden Stromkomponenten durch separate Stromregelschleifen in den Motor 80 eingeprägt werden.
Bei einer solchen Regelung unterscheidet man die sogenannte d-Komponente, auch Längskomponente oder feldbildende Komponente genannt, und die q- Komponente, auch Querkomponente genannt, des Motorstromes.
q-Komponente
Zwischen dem vom Motor 80 erzeugten Drehmoment und der Querkomponente besteht ein linearer Zusammenhang. Da der Motor 80 einen permanentmagnetischen Rotor hat, dessen Rotorfluss konstant ist, kann die Ausgangsgröße isoli am Ausgang des Begrenzers 250 als Sollwert für die Querkomponente verwendet werden. Sie wird in einem Vergleicher 266 mit einer Größe lq verglichen, und das Resultat des Vergleichs wird einem Pl-Stromregler 268 zugeführt.
d-Komponente
Da der Motor 80 einen permanentmagnetischen Rotor hat, dessen magnetischer Fluss konstant ist, wird durch einen Geber 246 für die d-Komponente der Wert 0 vorgegeben und einem Vergleicher 258 zugeführt, dessen negativem Eingang ein Wert für den Strom Id zugeführt wird. Der Motor 80 wird also hier so geregelt, dass die d-Komponente den Wert 0 hat. Der Motor 80 hat in seiner Statorwicklung drei Phasen u, v, w, und er hat einen (nicht dargestellten) Permanentmagnet-Innenrotor. Beim Start wird der Motor 80, wie beschrieben, als bürstenloser Motor durch Hallsensoren (oder alternativ: Nach dem Sensorless-Prinzip) gesteuert, und nach dem Start läuft er als dreiphasiger Synchronmotor mit etwa sinusförmigen Strömen.
Hierzu hat er den bereits beschriebenen Wechselrichter 86 in Form einer Dreiphasen-Vollbrücke, z.B. mit IGBT-Transistoren oder sonstigen steuerbaren Halbleitern. Die Brücke 86 wird über die Optokoppler 90 und die Gate-Treiber 88 gesteuert, vgl. Fig. 4.
Die Ströme lu und lv in zwei der drei Zuleitungen u, v, w des Motors 80 werden über die beiden Stromwandler 112, 114 erfasst und im DSP 116 in einem dort vorgesehenen A D-Wandler in digitale Signale umgewandelt. Dann werden sie einem uvw-dq-Koordinatenwandler 256 zugeführt, ebenso das Signal Ωist vom Konvertierer 229. Der Wandler 256 erzeugt hieraus durch Transformation die bereits erwähnte d-Achsen-Stromkomponente Id und die q-Achsen-Stromkomponente Iq für die d- und die q-Achse, die als Rückkopplungsgrößen für die beiden Stromregler 260 bzw. 268 dienen.
Wie bereits erläutert, wird die d-Achsen-Stromkomponente Id mit negativem Vorzeichen dem Summierglied 258 zugeführt, dessen positivem Eingang der Wert 0 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Glieds 258 wird dem digitalen Pl- Stromregler 260 zugeführt, an dessen Ausgang man ein Signal Ud erhält, nämlich einen Sollwert für die d-Achsen-Spannung Ud, der einem dq-uvw- Koordinatenwandler 262 zugeführt wird, der auch als "Raumzeigermodulator" oder "Space Vector Generator" bezeichnet wird.
Das Ausgangssignal isoli des Begrenzers 250 wird dem positiven Eingang des Summierglieds 266 zugeführt, dessen negativem Eingang das Ausgangssignals Iq des Wandlers 256 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Vergleichsglieds 266 wird einem Pl-Stromregler 268 zugeführt, an dessen Ausgang man einen Sollwert für die q-Achsen-Spannung Uq erhält. Dieser Wert Uq wird ebenfalls dem dq-uvw- Koordinatenwandler 262 zugeführt, dem auch das Rotorstellungssignal Ωist zugeführt wird und der aus diesen Eingangssignalen drei Signale Uu, Uv, Uw zur Steuerung des Moduls 86 erzeugt, das den Motor 80 speist, so dass im Motor 80 ein umlaufendes Drehfeld erzeugt wird.
Die Module 86, 256, 260, 262, 268 sind Hardware- bzw. Software-Module, die dem Fachmann für elektrische Antriebe geläufig sind. Diese werden z.B. in Servosteuerungen für die Lenkung von Kraftfahrzeugen und in Frequenzumrichtern verwendet. Beim Ausführungsbeispiel sind sie zum Teil Bestandteile des DSP 116. In der Zwischenkreisleitung 106 (Fig. 4), die zum Modul 86 führt, befindet sich ein (nicht dargestellter) Messwiderstand. Dieser ermöglicht im Glied 110 eine Kurzschlusserfassung und eine Erdschlusserfassung zum Schütze des Moduls 86. Beim Überschreiten einer vorgegebenen Länge eines Kurzschlussimpulses schaltet das Bauteil 110 die Treiber 88 ab und gibt ein entsprechendes Signal an den DSP 116.
Fig. 15 zeigt die Funktionen der einzelnen Bestandteile des Reglers 218:
Mit 269 ist der Stromregler bezeichnet, der direkt die sinusförmigen Ströme lu, lv, lw im Motor 80 beeinflusst.
Der Stromregler 269 ist Bestandteil eines Drehzahlreglers 271 , auf den, wie dargestellt, die Soll-Beschleunigung vom Glied 242 und die Soll-Drehzahl nsoil vom Glied 244 direkt einwirken.
Schließlich ist mit 273 ein Lageregler bezeichnet, dem vom Profilgenerator 220 direkt ein Sollwert Ssoil für die Lage des Etikettenbandes 20 zugeführt wird und der bewirkt, dass der Motor 80 exakt an der gewünschten Stelle A' zum Stillstand kommt.
Das Glied 230 wird vom Etikettensensor 44 getriggert. Wenn dieser an einer Etikettenkante 27 (Stelle M der Fig. 8) ein Signal erzeugt, bewirkt dieses einen Mess-Interrupt, und der Wert S2soll wird an dieser Stelle gemäß Gleichung (2) zum erreichten Wert S1ist hinzu addiert und als neue Zielgröße Z verwendet, wie bereits ausführlich beschrieben, so dass die Punkte A, A' nicht "wandern", also die Etiketten 26 nicht "versetzt" werden, und man eine hohe Etikettiergenauigkeit erhält.
Fig. 16 zeigt einen Etikettierer 46 analog dem, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, wobei aber auf dem Tisch 42 ein Drucker 280 bekannter Bauart installiert ist. Deshalb ist der (verstellbare) Tisch 42 länger ausgezogen, und der Drucker 280 befindet sich - als Beispiel - zwischen dem Etikettensensor 44 und der Spendekante 30. Gleiche oder gleich wirkende Teile wie in Fig. 3 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und werden nicht nochmals beschrieben.
Da der Drucker 280 gewöhnlich vom Etikettiergerät 46 gesteuert wird, also meist vom DSP 116, kann man bei angeschlossenem Drucker 280 das Programm so modifizieren, dass die Größe Z vom Benutzer nur auf [EL + SB] eingestellt werden kann. Dies kann durch eine entsprechende Eingabemaske geschehen, in der Art des Etikettierens, Etikettenlänge und Etikettenabstand vom Benutzer eingegeben werden müssen und die Einstellung der Zielgröße Z entsprechend diesen Eingaben erfolgt, nachdem deren Plausibilität geprüft wurde. Wenn ein Etikett 26 auf dem Trägerband 22 an einer Stelle fehlt, hält das Etikettenband 20 trotzdem an, das Trägerband 22 wird vom Drucker 280 bedruckt, und anschließend erfolgt ein neuer Transport und ggf. ein nochmaliges Bedrucken des Trägerbandes, falls auch ein zweites Etikett fehlen sollte.
Durch die in Fig. 16 dargestellte Anordnung erreicht man den Vorteil, dass die Etiketten 26 sehr passgenau bedruckt werden, weil das "Nachregeln" oder "Synchronisieren" an der Messstelle M nahe beim Drucker 280 erfolgt. Man vermeidet so Ausschuss, und die Erfindung eignet sich zum Beispiel in gleicher Weise für Anwendungen, wo es nur darum geht, Etiketten 26, die auf einem Trägerband 20 angeordnet sind, nacheinander inline mit sehr guter Passgenauigkeit und hoher Geschwindigkeit zu bedrucken.
Fig. 18 zeigt das Gehäuseteil 302 des Geräts 46 der Fig. 3 von der Rückseite (bei abgenommener Rückwand), also gesehen in Richtung des Pfeiles XVIII der Fig. 17. Das Gehäuseteil 302 hat zwei Öffnungen 320, 322, die zu seiner Montage an einer Maschine verwendet werden können. Fig. 17 zeigt auch die Lage des Prozessors 116 im Teil 300.
In Fig. 18 erkennt man den Motor 80 und seine Welle 324, auf der eine Riemenscheibe 326 (z.B. 14 Zähne) für einen Zahnriemen 328 befestigt ist. Letzterer geht über eine Spannrolle 330 zu einer Riemenscheibe 332 (z.B. 32 Zähne), welche die Walze 62 (Fig. 3 und 16) antreibt. Eine Umdrehung der Walze 62 entspricht also bei diesem Beispiel 32/14 Umdrehungen der Motorwelle 324.
Im Gehäuseteil 302 sind verschiedene Platinen angeordnet, z.B. die Platine 94 für das EMV-Filter, und drei weitere Platinen 336, 338, 340 mit elektronischen Bauelementen.
Ein seitliches Einstellrad 344 ermöglicht es, die Lage des Etikettensensors 44 zu verändern.
Fig. 19 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung des freien Endes der Hutze 307. Man erkennt einen Abschnitt des Motors 80, den Encoder 82, sowie die Platine 84 mit dem Leistungsmodul 81 (Wechselrichter 86 und Gleichrichter 104 für die Speisung des Zwischenkreises 106, vgl. Fig. 4.) Der Wechselrichter 86 und der Gleichrichter 104 werden als fertiges Modul 81 z.B. von der Firma EUPEC hergestellt. Der Wechselrichter 86 hat z.B. sechs IGBT-Transistoren. Dieses Modul 81 liegt mit einer Stirnfläche 87, an der Wärmeleitpaste 89 vorgesehen ist, mit Vorspannung gegen eine Innenwand 85 des Deckels 3O6 an, so dass die Wärme aus dem Modul 81 in den Deckel 306 und von diesem in das rohrartige Teil 300 übergeht, wie durch Pfeile 18 symbolisch angedeutet. Am Übergang vom Deckel 306 zum rohrartigen Teil 300 ist in einer durchgehenden Nut 301 ein O-Ring 303 vorgesehen, um die Teile 300, 306 flüssigkeitsdicht miteinander zu verbinden, was vor allem wegen der Reinigung mit einem Hochdruckreiniger wichtig ist, wie man sie in vielen Betrieben verwendet. Der Deckel 306 ist mittels Schrauben 305 am rohrartigen Teil 300 befestigt. Ebenso ist das Teil 300 flüssigkeitsdicht am Gehäuse 302 befestigt.
Im Inneren des rohrartigen Teils 300, und etwa senkrecht zu dessen Längsachse verlaufend, ist ein Blech 307 vorgesehen. Dieses ist mit Zapfen 309 versehen, die in der dargestellten Weise in Aussparungen 311 des Moduls 86, 1 O4 eingreifen.
Das Blech 307 mit seinen Zapfen 309 wird durch Federn 311 mit einer Kraft von z.B. 150 N in Richtung zum Deckel 306 gepresst und presst über seine Zapfen 309 das Modul 81 gegen die Innenwand 85 des Deckels 306, um dort einen niedrigen Wärmeübergangswiderstand zu erreichen.
Dadurch, dass der Deckel 306 im Bereich des Moduls 86, 104 besonders dick ausgebildet ist, hat er an dieser Stelle eine ausreichend große Wärmekapazität, so dass auch bei starker Belastung des Etikettiergeräts örtliche Überhitzungen sicher vermieden werden können.
Wie man in Fig. 19 erkennt, ist die untere Schraube 305 zweiteilig ausgebildet. Ihr inneres Teil 305i dient, wie dargestellt, zur Führung des Blechs 307 und der Leiterplatte 84, welche hierzu beide mit entsprechenden Ausnehmungen versehen sind.
Fig.20 erläutert das Arbeitsprinzip des verwendeten Lagereglers 273. Die vertikale Achse zeigt den vom Etikettenband 20 zurückgelegten Weg S. Die horizontale Achse zeigt die Zeit t, wobei ein Etikettierzyklus z. B. 12 ms dauern kann. Innerhalb dieser Zeit muss das Etikettenband 20 von einer Stelle A zu einer Stelle A' transportiert werden, z. B. um 20 mm, entsprechend der Größe TW. Es ergibt sich dann eine mittlere Geschwindigkeit des Etikettenbandes 20 von 0,02 m / 0,012 s = 1 ,7 m/s = 100 m/min
Innerhalb dieser Zeitspanne von z. B. 12 ms muss das Etikettenband 20 ein vorgeschriebenes Bewegungsmuster stringent einhalten, denn sonst wäre eine korrekte Etikettierung vorbeilaufender Produkte ("im Beilauf") nicht möglich, d. h. es muss sich um einen sehr "steifen" Lageregler handeln, der exakt innerhalb einer vorgeschriebenen Zeit die Sollgeschwindigkeit Vson erreicht und diese Sollgeschwindigkeit auch während einer vorgeschriebenen Zeitspanne exakt, also mit sehr gutem Gleichlauf, einhält.
Dieses Einhalten eines vorgegebenen Bewegungsmusters wird dadurch erreicht, dass der Regler 218 während der Etikettierung bevorzugt durchgehend im Lageregelmodus betrieben wird, wobei an den Eckpunkten 177, 182 (Fig. 8) des Profils die Werte von Soll- Beschleunigung und Soll-Drehzahl zusätzlich stark wirksam werden, weil sich diese Werte dort sprunghaft ändern.
Hierzu wird aus den zugeführten Daten, also 31 , 32, TW und VSOιι ein
Geschwindigkeitsprofil V = f(t) und ein Lageprofil S = g(t) berechnet. Fig. 20 zeigt beispielhaft ein solches Lageprofil S = g(t). Da das Profil V = f(t) leichter zu definieren und - z.B. bei Parameteränderungen - neu zu berechnen ist, wird bevorzugt das Lageprofil aus dem Geschwindigkeitsprofil abgeleitet, was durch einfache Rechenoperationen möglich ist, wie der Fachmann ohne weiteres erkennt.
Z. B. weiß man aus dem Lageprofil der Fig. 20, dass nach einer Zeit t-| ein Weg von 4 mm durchlaufen sein muss, und nach einer Zeit T = TW/Vson ein Weg von 16 mm, und dass das Etikettenband 20 nach einer Bewegung von 20 mm zum Stillstand gekommen sein muss.
Diese Wegdaten werden in kleine Inkremente Δt und ΔS aufgelöst, z. B. von Δt = 500 μs, und dem Regler 273 wird z. B. an einer Stelle 300 (Fig. 20) vom Profilgenerator 220 vorgegeben, dass in den nächsten 500 μs das Band 20 um ein Weginkrement ΔS von 1 ,4 mm weitergelaufen sein und die Stelle 302 (5,4 mm) erreicht haben muss (entsprechend einer Sollgeschwindigkeit von 2,8 m/s). Dementsprechend wird an der Stelle 302, da dort die Geschwindigkeit Vson konstant ist, wiederum dem Regler 273 vom Profilgenerator 220 vorgegeben, dass das Band 20 im nächsten Δt von 500 μs um ΔS = 1 ,4 mm weitergelaufen sein und eine Stelle 304 (6,8 mm) erreicht haben muss, etc.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich also das Arbeitsprinzip eines solchen digitalen Lagereglers als das "Abfahren" einer dichten Folge von vorgegebenen Positionen nach einer genau festgelegten zeitlichen Sequenz.
Auf diese Weise wird in einer dichten Folge von Befehlen das vorgegebene Profil "abgefahren", wobei durch die gewählte Reglerkonfiguration mit unterlagertem Geschwindigkeitsregler und unterlagertem Stromregler erreicht wird, dass die Bewegung dem vorgegebenen Muster sehr gut folgt.
An den Übergangsstellen, z. B. in Fig. 8 an den Stellen 177 und 182, tritt deshalb kein Überschwingen auf, weil ein solcher Regler sozusagen automatisch die dortigen Ecken "wegbügelt" bzw. "egalisiert". Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass in Fig. 13 dem Summierglied 240 am Ausgang des Pl-Reglers 238 als Korrekturwert vom Glied 242 die Soll-Beschleunigung und vom Glied 244 die Soll-Drehzahl zugeführt wird.
Geht z.B. in Fig. 8 an der Stelle 177 des Profil von einem positiven Wert der Soll- Beschleunigung auf den Wert 0 zurück (weil ab dem Punkt 177 die Bandgeschwindigkeit Vsoll konstant ist), so sinkt das Eingangssignal des Pl-Stromreglers 268 entsprechend, und der Motorstrom wird sofort reduziert, so dass kein Überschwingen auftritt. Ebenso wird an der Stelle 177 der Sollwert Vsoll für die Bandgeschwindigkeit konstant, während er bis zum Punkt 177 ständig angestiegen war.
Beides bewirkt, dass am Punkt 177 die Bandbewegung ohne Überschwingen in den Abschnitt 180 mit konstanter Geschwindigkeit Vsoll übergeht, was z.B. für das korrekte Etikettieren vorbeilaufender Gegenstände (P in Fig. 3) sehr wichtig ist.
Analog wird an der Stelle 182 (Fig. 8) die Soll-Beschleunigung, die vorher den Wert Null hatte, negativ, wodurch der Regler praktisch sofort und ohne Überschwingen in den Bremsbetrieb übergeht, wozu auch beiträgt, dass ab der Stelle 182 der Sollwert Vsoll für die Bandgeschwindigkeit laufend abnimmt.
Die Signale vom Pl-Regler 226 bewirken ständig eine Lageregelung, so dass an der Stelle A' die Bandgeschwindigkeit Null erreicht wird. Ein solcher digitaler Lageregler ermöglicht es also sehr gut, ein vorgegebenes Wegprofil und - indirekt - ein vorgegebenes Geschwindigkeitsprofil zu realisieren, ohne dass dabei ein Überschwingen auftritt.
Die Größe der Schritte Δt, die der Regler verwendet, also die sogenannte Zykluszeit, ist normalerweise im Stromregler 269 am kürzesten, da sich der Motorstrom am schnellsten ändern kann.
In Fig. 20 ist beispielhaft angegeben, dass die Zeitspanne T (vgl. Fig. 9 bis 11) den Wert TW/Vson haben kann. Dies entspricht dem Beispiel der Fig. 9 bis 11 . Selbstverständlich kann bei einem anderen Profil die Zeitspanne T einen anderen Wert haben, wie bei Fig. 9 bis 11 ausführlich erläutert.
An der Messstelle M (Fig. 8) wird anstelle von TW ein neuer Wert Z verwendet, und in diesem Fall kann sich für T ein neuer Wert
T = Z/Vsoil ...(8) ergeben, wenn TW nicht mit Z übereinstimmt, und unter der Voraussetzung, dass das Beispiel nach den Fig. 9 bis 11 zugrunde gelegt wird. In diesem Fall wird auch der Zeitpunkt 182' neu berechnet.
Die Bezugszeichen 176, 180 und 184 in Fig. 20 beziehen sich auf die entsprechenden Abschnitte der Darstellung nach Fig. 8 und sollen den Vergleich zwischen den Darstellungen der Fig. 8 und Fig. 20 erleichtern.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich, ohne das Grundkonzept der Erfindung zu verlassen. Z.B. könnte ein Teil des Bewegungsprofils durch einen Geschwindigkeitsregler erzeugt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bewegen eines Etikettenbands (20), auf dem Etiketten (26) vorgegebener Länge (EL) mit im wesentlichen gleichförmigen Zwischenräumen (SB) angeordnet sind, mittels eines Elektromotors (80), eines diesem Motor zugeordneten Lagereglers (218), und eines Sensors (44) zur Erfassung einer vorgegebenen Lage eines Etiketts (26), wenn dieses auf dem Etikettenband (20) relativ zum Sensor (44) bewegt wird, mit folgenden Schritten: Entsprechend einem vorgegebenen Bewegungsprofil wird das Etikettenband (20), ausgehend von einer Startposition (A), in Bewegung gesetzt, wobei dem Lageregler (218) eine erste Zielposition (Z) des Etikettenbands (20) vorgegeben wird; während der Bewegung des Etikettenbandes (20) wird eine vorgegebene Stellung (M) des Etikettenbands (20) erfasst; in enger zeitlicher Verbindung hiermit wird dem Lageregler (218) eine revidierte Zieiposition (Z) vorgegeben.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem dem Lageregler (21 8) als erste Zielposition (Z) eine Bewegung um einen vorgegebenen Abstand vorgegeben wird, der etwa der Größe n * [EL + SB] entspricht, wobei EL die Länge eines Etiketts (26), SB der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Etiketten (26), und n = 1 , 2, 3, ... entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das vorgegebene Bewegungsprofil eine Startrampe (176) mit im wesentlichen vorgegebener Form, eine auf die Startrampe folgende Bewegungsphase (180; 180') mit im wesentlichen gleichbleibender Vorschubgeschwindigkeit (Vsoll), und eine Abschaltrampe (184) mit im wesentlichen vorgegebener Form aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die vorgegebene Stellung (M) des Etikettenbandes (20) in einem zeitlichen Bereich (180') erfasst wird, in welchem das Etikettenband (20) mit der im wesentlichen gleichförmigen Vorschubgeschwindigkeit (Vsoll) angetrieben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem die im wesentlichen gleich bleibende Vorschubgeschwindigkeit eine geregelte Vorschubgeschwindigkeit (Vsoll) ist.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem die im wesentlichen gleich bleibende Vorschubgeschwindigkeit (Vsoll) durch ein Organ (140) vorgegeben wird, welches die Bewegung von zu etikettierenden Gegenständen (P) steuert.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem aus dem vorgegebenen Bewegungsprofil eine Mehrzahl von Lagewerten (S; Fig. 20: 300, 302, 304) des Etikettenbandes (20), und diesen Lagewerten nach Art von Wertepaaren zugeordneten Zeitwerten, berechnet werden, und diese Wertepaare dem Lageregler (273) nacheinander als Sollwerte für die Lageregelung zugeführt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Elektromotor (80) dreiphasig ausgebildet ist und durch eine Kommutierung nach Art eines kollektorlosen Motors gestartet und anschließend auf Sinuskommutierung umgeschaltet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Regler mit einem unterlagerten Stromregler arbeitet, dessen Eingang ein von der Soll- Beschleunigung beeinflusstes Signal zugeführt wird, um bei Änderungen der Soll-Beschleunigung eine schnelle Änderung des Motorstroms zu ermöglichen.
10. Anordnung zum Bewegen eines Etikettenbandes, auf dem Etiketten (26) vorgegebener Länge (EL) mit im wesentlichen gleichförmigen Abständen (SB) angeordnet sind, welche Anordnung aufweist: Einen Elektromotor (80); einen diesem Motor (80) zugeordneten Lageregler (218); einen Sensor (44) zur Erfassung einer vorgegebenen Lage (M) eines Etiketts (26), wenn das Etikettenband (20) an dem Sensor (44) vorbei bewegt wird; eine Steueranordnung, welche entsprechend einem vorgegebenen Bewegungsprofil das Etikettenband (20), ausgehend von einer Startposition (A), in Bewegung setzt, wobei dem Lageregler als erste Zielgröße eine erste Zielposition (Z) des Etikettenbands (20) vorgegeben wird, und welche während der Bewegung des Etikettenbandes (20) eine vorgegebene Stellung (M) des Etikettenbandes (20) erfasst und anschließend hieran dem Lageregler (218) eine revidierte Zielposition (Z) als neue Zielgröße vorgibt.
1 1. Anordnung nach Anspruch 10, bei welcher dem Lageregler (218) als erste Zielgröße (Z) eine Bewegung um einen vorgegebenen Abstand vorgegeben wird, der etwa der Größe n * [EL + SB] entspricht, wobei EL die Länge eines Etiketts (26), SB der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Etiketten (26) und n = 1 , 2, 3, ... ist.
12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11 , bei welcher das vorgegebene Bewegungsprofil eine Startrampe (176) mit im wesentlichen vorgegebener Form, eine auf die Startrampe (176) folgende Bewegungsphase (180, 180') mit im wesentlichen gleichförmiger Vorschubgeschwindigkeit (Vsoll), und eine Abschaltrampe (184) mit im wesentlichen vorgegebener Form aufweist.
13. Anordnung nach den Ansprüchen 10 und 12, bei welcher die Ermittlung der vorgegebene Stellung des Etikettenbandes (20) in einem zeitlichen Bereich (180') stattfindet, in welchem das Etikettenband (20) mit der im wesentlichen gleichförmigen Vorschubgeschwindigkeit (Vsoll) angetrieben wird.
14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher die im Wesentlichen gleichförmige Vorschubgeschwindigkeit eine geregelte Vorschubgeschwindigkeit (Vsoll) ist.
15. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher ein Organ (14O) vorgesehen ist, welches die Bewegung von zu etikettierenden Gegenständen (P) steuert, und bei welcher die im wesentlichen gleichförmige Vorschubgeschwindigkeit (Vsoll) durch dieses Organ (140) vorgegeben wird.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei welcher ein Profilgenerator (220) vorgesehen ist, welcher aus dem vorgegebenen Bewegungsprofil eine Mehrzahl von Lagewerten (S; Fig. 20: 300, 302, 304) des Etikettenbands (20), und diesen Lagewerten (S) nach Art von Wertepaaren zugeordneten Zeitwerten, berechnet, wobei diese Wertepaare als Sollwerte für die Lageregelung dienen.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei welcher der Elektromotor als dreiphasiger Innenläufermotor (80) ausgebildet ist.
18. Anordnung nach Anspruch 17, bei welcher dem dreiphasigen Motor (80) zum Start eine Kommutierungseinrichtung und eine Vorrichtung (82) zur Lieferung von Rotorstellungssignalen zugeordnet sind, um den Motor (80) nach Art eines kollektorlosen Gleichstrommotors zu starten.
19. Anordnung nach Anspruch 18, bei welcher dem dreiphasigen Motor (80) eine Anordnung (256, 260, 262, 268) zur Sinuskommutierung zugeordnet ist, welche nach dem Start des Motors (80) eingeschaltet wird.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, bei welcher dem Elektromotor (80) ein Resolver zugeordnet ist, welcher pro Motorumdrehung mindestens 1.000 Impulse liefert.
21. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, bei welcher der Regler einen unterlagerten Stromregler aufweist, dessen Eingang ein von der Soll- Beschleunigung beeinflusstes Signal zugeführt wird, um bei Änderungen der Soll-Beschleunigung eine schnelle Anpassung des Motorstroms zu ermöglichen.
22. Verfahren, um mittels eines Elektromotors (80) ein Etikettenband (20) von einer Startposition (A) zu einer Zielposition (A) zu bewegen, auf welchem Etikettenband (20) Etiketten (26) vorgegebener Länge (EL) mit im wesentlichen gleichförmigen Zwischenräumen (SB) angeordnet sind, mit folgenden Schritten: Dem Etikettenband (20) wird bei seiner Bewegung durch einen dem Elektromotor (80) zugeordneten Regler (218) ein Bewegungsprofil (Fig. 8) aufgeprägt, welches als erste Phase eine Startrampe (176) von definierter Form und als zweite Phase einen an die Startrampe (176) anschließenden Abschnitt (180, 180') mit einer im wesentlichen gleichförmigen Geschwindigkeit (Vsoll) aufweist; anhand von vorgegebenen Daten, welche dem Bewegungsprofil zugrunde liegen, wird ein in der Zukunft liegender Zeitpunkt (182; 182') für den Übergang von der zweiten Phase zu einer dritten Phase berechnet; etwa ab Erreichen dieses Zeitpunkts (182; 182') wird in der dritten Phase (184) durch den Motor (80) das Etikettenband lagegeregelt so abgebremst, dass es im wesentlichen bei der Zielposition (A1) die Geschwindigkeit Null erreicht.
23. Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem das aufgeprägte Bewegungsprofil mindestens bereichsweise durch ein Profil definiert ist, bei dem abhängig von der Zeit eine Folge von Sollpositionen (S) des Etikettenbands (20) vorgegeben wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem bei Vorgabe eines geänderten Geschwindigkeitsverlaufs (Vsoll) in der zweiten Phase (180, 180') ein durch ein Geschwindigkeitsprofil definiertes Integral (JV dt) im wesentlichen konstant gehalten wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem das durch das gesamte Geschwindigkeitsprofil definierte Integral (JV dt) durch Neuberechnung des in der Zukunft liegenden Zeitpunkts (182; 182') im wesentlichen konstant gehalten wird.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei welchem während der ersten Phase das Geschwindigkeitsprofil (Fig. 8) durch eine im wesentlichen konstante Beschleunigung (31) des Etikettenbands (20) definiert wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, bei welchem während der dritten Phase das Geschwindigkeitsprofil (Fig. 8) durch eine im wesentlichen konstante Verzögerung (32) des Etikettenbands definiert wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, bei welchem in der dritten Phase (184) eine Bewegung des Etikettenbands (20) entgegen der bei einer Vorschubbewegung erfolgenden Richtung (29) zumindest behindert wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, bei welchem in der dritten Phase (184) eine Drehung des Elektromotors (80) entgegen der Bewegungsrichtung (29), welche das Etikettenband (20) bei einer Vorschubbewegung ausführt, zumindest behindert wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, bei welchem der Elektromotor (80) dreiphasig ausgebildet ist und durch eine Kommutierung nach Art eines kollektorlosen Motors gestartet und anschließend auf Sinuskommutierung umgeschaltet wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 30, bei welchem der Regler mit einem unterlagerten Stromregler arbeitet, dessen Eingang ein von der Soll- Beschleunigung beeinflusstes Signal zugeführt wird, um bei Änderungen der Soll-Beschleunigung eine schnelle Änderung des Motorstroms zu ermöglichen.
32. Anordnung zum Bewegen eines Etikettenbandes (20) von einer Startposition (A) zu einer Zielposition (A1), welche Anordnung aufweist: Einen Elektromotor (80) zum Bewirken einer Bewegung des Etikettenbandes (20); eine Steueranordnung (218) zur Steuerung der Bewegung des Elektromotors (80) und damit des Etikettenbandes (20) nach Art eines Vier-Quadranten- Reglers, welche Steueranordnung (218) dazu ausgebildet ist, dem Etikettenband (20) ein Bewegungsprofil aufzuprägen, welches - als erste Phase eine Startrampe (176) aufweist, in der das Etikettenband (20) eine Beschleunigung erfährt, - als zweite Phase einen an die Startrampe (176) anschließenden Abschnitt (180, 180') mit im wesentlichen gleichförmiger Geschwindigkeit (Vsoll) aufweist, und - als dritte Phase einen Abschnitt (184) aufweist, in welchem der Elektromotor (80) das Etikettenband (20) lagegeregelt so abbremst, dass es etwa bei der Zielposition (A) die Geschwindigkeit Null erreicht.
33. Anordnung nach Anspruch 32, bei welcher die Steueranordnung (218) dazu ausgebildet ist, anhand von Daten, welche dem Bewegungsprofil zugrunde liegen, einen in der Zukunft liegenden Übergangszeitpunkt (182') zu berechnen, in dessen zeitlicher Nähe die Steueranordnung (218) den Übergang von der zweiten Phase (180, 180') zur dritten Phase (184) bewirkt.
34. Anordnung nach Anspruch 32 oder 33, bei welcher das aufgeprägte Bewegungsprofil mindestens bereichsweise durch ein Geschwindigkeitsprofil definiert ist, bei dem abhängig von der Zeit jeweils eine bestimmte Geschwindigkeit (V) des Etikettenbands (20) zumindest angenähert vorgegeben wird.
35. Anordnung nach Anspruch 34, bei welcher die Steueranordnung (218) dazu ausgebildet ist, bei einer Veränderung der für die zweite Phase (180, 180') vorgegebenen Geschwindigkeit (VS0n) das durch das gesamte Geschwindigkeitsprofil definierte Integral ,(JV dt) im wesentlichen konstant zu halten.
36. Anordnung nach Anspruch 35, bei welcher die Steueranordnung (218) dazu ausgebildet ist das durch das gesamte Geschwindigkeitsprofil definierte Integral (JV dt) durch Neuberechnung des Übergangszeitpunkts (182') im wesentlichen konstant zu halten.
37. Anordnung nach Anspruch 35 oder 36, bei welcher während der ersten Phase das Geschwindigkeitsprofil durch eine im wesentlichen konstante Beschleunigung (31) des Etikettenbands (20) definiert ist.
38. Anordnung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, bei welcher während der dritten Phase (184) das Geschwindigkeitsprofil durch eine im wesentlichen konstante Verzögerung (32) des Etikettenbands (20) definiert ist.
39. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 38, bei welcher die Steueranordnung (218) dazu ausgebildet ist, in der dritten Phase (184) eine Bewegung des Etikettenbands (20) entgegen der bei einer Vorschubbewegung erfolgenden Richtung (29) zumindest zu behindern.
40. Anordnung nach Anspruch 39, bei welcher die Steueranordnung (218) dazu ausgebildet ist, in der dritten Phase (184) eine Drehung des Elektromotors (80) entgegen der Bewegungsrichtung (29), welche das Etikettenband (20) bei einer Vorschubbewegung ausführt, zumindest zu behindern.
41. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 40, bei welcher die Steueranordnung dazu ausgebildet ist, aus einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil eine Mehrzahl von Lagewerten (S) des Etikettenbandes (20) und diesen Lagewerten (S) nach Art von Wertepaaren zugeordneten Zeitwerten zu berechnen, welche Wertepaare einem Lageregler (273) für die Lage des Etikettenbandes (20) zuführbar sind.
42. Anordnung nach Anspruch 41 , bei welcher die Wertepaare dem Lageregler (273) in einer vorgegebenen zeitlichen Folge zuführbar sind.
43. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 42, bei welcher der Elektromotor als dreiphasiger Innenläufermotor (80) ausgebildet ist.
44. Anordnung nach Anspruch 43, bei welcher dem dreiphasigen Motor (80) eine mit Rotorstellungssignalen arbeitende Kommutierungseinrichtung zugeordnet ist, um diesen nach Art eines kollektorlosen Gleichstrommotors zu starten.
45. Anordnung nach Anspruch 44, bei welcher dem dreiphasigen Motor (80) eine Anordnung (256, 260, 262, 268) zur Sinuskommutierung zugeordnet ist, welche automatisch eingeschaltet wird, wenn sich der Motor (80) dreht.
46. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 45, bei welcher dem Elektromotor (80) ein Resolver zugeordnet ist, welcher pro Motorumdrehung mindestens 1.000 Impulse liefert.
47. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 46, bei welcher der Regler einen unterlagerten Stromregler aufweist, dessen Eingang ein von der Soll- Beschleunigung beeinflusstes Signal zugeführt wird, um bei Änderungen der Soll-Beschleunigung eine schnelle Änderung des Motorstroms zu ermöglichen.
48. Anordnung zum wiederholten Bewegen eines Etikettenbands (20) von einer Startposition (A) zu einer Zielposition (A1), auf welchem Etikettenband (20) Etiketten (26) vorgegebener Länge (EL) mit im wesentlichen gleichförmigen Zwischenräumen (SB) angeordnet sind, welche Anordnung aufweist: Einen Elektromotor (80); einen dem Elektromotor (80) zugeordneten Lageregler (218), welcher als Vierquadranten-Regler ausgebildet ist; wobei dem Etikettenband (20) bei seiner Bewegung durch den Lageregler (218) ein Bewegungsprofil (Fig. 8) aufgeprägt wird, welches - als erste Phase eine Startrampe (176) mit definierter Beschleunigung (31), - als zweite Phase einen an die Startrampe anschließenden Abschnitt (180, 180') mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit (Vsoll), - und als dritte Phase eine Bremsrampe (184) mit im wesentlichen vorgegebener Verzögerung (32) aufweist, und in welcher das Etikettenband (20) in der dritten Phase lagegeregelt an einer vorgegebenen Stelle (A1) auf die Geschwindigkeit Null abgebremst wird.
49. Anordnung nach Anspruch 48, bei welcher der Lageregler (218) so ausgebildet ist, dass in der dritten Phase (184) eine Bewegung des Etikettenbandes (20) entgegen der bei einer Vorschubbewegung (29) erfolgenden Bewegung unterdrückt ist.
50. Anordnung nach Anspruch 49, bei welcher der Lageregler (218) so ausgebildet ist, dass in der dritten Phase (184) eine Drehung des Elektromotors (80) entgegen der Bewegungsrichtung (29), welche das Etikettenband (20) bei seiner Vorschubbewegung ausführt, unterdrückt ist.
51. Anordnung nach einem der Ansprüche 48 bis 50, bei welcher die Steueranordnung dazu ausgebildet ist, aus einem vorgegebenen Bewegungsprofil eine Mehrzahl von Lagewerten (S) des Etikettenbandes (20) und diesen Lagewerten (S) nach Art von Wertepaaren zugeordneten Zeitwerten zu berechnen, welche Wertepaare einem Lageregler (273) für die Lage des Etikettenbandes (20) zuführbar sind.
52. Anordnung nach einem der Ansprüche 48 bis 51 , bei welcher der Lageregler einen unterlagerten Stromregler für den Motorstrom aufweist, dessen Eingang ein von der Soll-Beschleunigung beeinflusstes Signal zugeführt wird, um bei Änderungen der Soll-Beschleunigung eine schnelle Änderung des Motorstroms zu ermöglichen.
53. Anordnung nach einem der Ansprüche 48 bis 52, bei welcher der Elektromotor als dreiphasiger Innenläufermotor (80) ausgebildet ist.
54. Anordnung nach Anspruch 53, bei welcher dem dreiphasigen Motor (80) eine Kommutierungseinrichtung zugeordnet ist, welche den Motor (80) nach Art eines kollektorlosen Gleichstrommotors startet.
55. Anordnung nach Anspruch 54, bei welcher dem dreiphasigen Motor (80) eine Anordnung (256, 260, 262, 268) zur Sinuskommutierung zugeordnet ist, welche nach dem Start des Motors (80) eingeschaltet wird.
56. Anordnung nach einem der Ansprüche 48 bis 55, bei welcher dem Elektromotor (80) ein Resolver zugeordnet ist, welcher pro Motorumdrehung mindestens 1.000 Impulse liefert.
57. Etikettiergerät zum Verarbeiten von Etiketten (26), welche auf einem Trägerband (22) angeordnet sind, welches Etikettiergerät aufweist: Eine Spendekante (30), an der ein Etikett (26) durch Umlenken des Trägerbandes (22) von diesem ablösbar ist; einen Tisch (42), an welchem die Spendekante (30) vorgesehen ist; einen mittels einer Leistungselektronik (86) elektronisch steuerbaren Motor (80) zum Antrieb des Trägerbandes (22); eine dem Motor (80) zugeordnete elektronische Steueranordnung zur Steuerung der Motordrehung beim Spenden eines Etiketts (26); ein insbesondere rohrartiges Metallgehäuse (300) zur Aufnahme des Motors (80) und zumindest wesentlicher Elemente seiner Leistungselektronik (86), welches Metallgehäuse (300) im Abstand vom Tisch (42) angeordnet und mechanisch über eines seiner Enden mit diesem verbunden ist; und einen Deckel (306), welcher im montierten Zustand das andere Ende des Metallgehäuses (300) verschließt und als Kühlkörper für mindestens einen Teil der Elemente der Leistungselektronik (86, 104) des Motors (80) ausgebildet ist.
58. Etikettiergerät nach Anspruch 57, bei welchem dem elektronisch kommutierten Motor (80) ein aus einem Wechsel- oder Drehstromnetz (92) über einen Gleichrichter (104) speisbarer Gleichstrom-Zwischenkreis (106) zugeordnet ist, und der Deckel (306) als Kühlkörper für diesen Gleichrichter (104) ausgebildet ist.
59. Etikettiergerät nach Anspruch 57 oder 58, bei welchem die Steueranordnung eine Vorrichtung (116) zur digitalen Datenverarbeitung aufweist, und das Metallgehäuse (300) als Kühlkörper für diese Vorrichtung (116) dient.
60. Etikettiergerät nach einem der Ansprüche 57 bis 59, bei welchem der Deckel (306) als Gussteil, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet ist.
61. Etikettiergerät nach einem der Ansprüche 57 bis 60, bei dem im Metallgehäuse (300) mindestens eine Anpressfeder (311 ) vorgesehen ist, welche eine Baueinheit (81 ) mit Elementen (86, 104) der Leistungselektronik gegen den Deckel (306) presst, um einen guten Wärmeübergang von dieser Baueinheit (81) zum Deckel (306) zu erhalten.
62. Etikettiergerät nach einem der Ansprüche 57 bis 61 , bei welchem der Deckel (306) abgedichtet (303) am Gehäuse (300) befestigt ist.
63. Etikettiergerät nach einem der Ansprüche 57 bis 62, bei dem das Metallgehäuse (300) abgedichtet an einem stationären Teil (302) des Etikettiergerätes (40) befestigt ist.
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