EP4504426A1

EP4504426A1 - Verfahren zum betreiben eines magnetventils

Info

Publication number: EP4504426A1
Application number: EP23712866.5A
Authority: EP
Inventors: Nils Neuhaus; Alex ERFURT; Martin Wiehe
Original assignee: Focke and Co GmbH and Co KG
Current assignee: Focke and Co GmbH and Co KG
Priority date: 2022-04-08
Filing date: 2023-03-17
Publication date: 2025-02-12
Also published as: WO2023194074A1; DE102022108575A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines insbesondere als Auftragsventil zum Aufbringen von fließfähigem Medium auf ein Substrat ausgebildeten Magnetventils (10), das ein durch einen Elektromagneten (26) des Magnetventils (10) gegen die Rückstellkraft eines Rückstellorgans bewegbares Verschlussorgan (23) aufweist, wobei die Spule (25) des Elektromagneten (26) taktweise jeweils nacheinander mit einem elektrischen Steuerspannungssignal (33) beaufschlagt wird, sodass das Magnetventil (10) nacheinander Schaltzyklen durchläuft, in denen das Magnetventil (10) jeweils im Rahmen einer Öffnungsbewegung von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung und im Rahmen einer Schließbewegung von der Öffnungsstellung zurück in die Schließstellung überführt wird. Nach Durchlaufen einer vorbestimmten, insbesondere in einem Speicher hinterlegten Anzahl von insbesondere identischen Schaltzyklen, die keine Messschaltzyklen sind, wird ein als Messschaltzyklus ausgebildeter Schaltzyklus durchlaufen, wobei zur Diagnose des Betriebszustands des Magnetventils (10) der Verlauf des elektrischen Stroms erfasst wird, der sich in der Spule (25) des Elektromagneten (26) aufgrund des Steuerspannungssignals (33) einstellt, mit dem die Spule (25) im Messschaltzyklus beaufschlagt wird.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Magnetventils

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines insbesondere als Auftragsventil zum Aufbringen von fließfähigem Medium auf ein Substrat ausgebildeten Magnetventils, das ein durch einen Elektromagneten des Magnetventils gegen die Rückstellkraft eines Rückstellorgans bewegbares Verschlussorgan aufweist, wobei die Spule des Elektromagneten taktweise jeweils nacheinander mit einem elektrischen Steuerspannungssignal beaufschlagt wird, sodass das Magnetventil nacheinander Schaltzyklen durchläuft, in denen das Ventil jeweils im Rahmen einer Öffnungsbewegung von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung und im Rahmen einer Schließbewegung von der Öffnungsstellung zurück in die Schließstellung überführt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung, mit der das Verfahren ausgeführt werden kann.

Magnetventile, die gemäß einem solchen Verfahren betrieben werden, werden unter anderem in Verpackungsmaschinen eingesetzt. Sie durchlaufen während der Gesamtbetriebszeit der Maschine in der Regel viele zehntausende von Schaltzyklen. Es ist wünschenswert, während des Betriebs den aktuellen Betriebszustand des jeweiligen Magnetventils diagnostizieren zu können, um beispielsweise etwaige Fehlerzustände entdecken zu können.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, das eingangs genannte Verfahren weiterzuentwickeln.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass (jeweils) nach Durchlaufen einer vorbestimmten, insbesondere in einem (insbesondere elektronischen) Speicher hinterlegten Anzahl von insbesondere identischen Schaltzyklen, die keine Messschaltzyklen sind, (mindestens) ein als Messschaltzyklus ausgebildeter Schaltzyklus durchlaufen wird, wobei zur Diagnose des Betriebszustands des Magnetventils der Verlauf des elektrischen Stroms erfasst wird, der sich in der Spule des Elektromagneten aufgrund des Steuerspannungssignals einstellt, mit dem die Spule im Messschaltzyklus beaufschlagt wird.

Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, im Betrieb des Magnetventils mindestens einen, in der Regel bevorzugt mehrere der Schaltzyklen, die jeweils im Magnetventilbetrieb durchlaufen werden, als speziellen Messschaltzyklus auszubilden, in dem bzw. auf Basis dessen dann die Diagnose des Betriebszustands erfolgen kann. Diese Vorgehensweise hat den besonderen Vorteil, dass dieser Messschaltzyklus, insbesondere die Parameter desselben, so angepasst werden kann, wie es für eine besonders verlässliche und genaue Diagnose notwendig ist.

Beispielsweise kann das Steuerspannungssignal, mit dem die Spule des Elektromagneten beaufschlagt wird, in dem Messschaltzyklus anders gewählt werden als in den Nicht-Messchaltzyklen, um auf diese Weise optimierte Messbedingungen zur Erfassung des elektrischen Stroms zu bewirken. Mit anderen Worten kann das Steuerspannungssignal, mit dem die Spule während des oder jedes Messschaltzyklus beaufschlagt wird, von dem jeweiligen Steuerspannungssignal abweichen, mit dem die Spule während einer oder der vorbestimmten Anzahl von Nicht-Messschaltzyklen beaufschlagt wird, nach deren Durchlaufen der Messschaltzyklus durchlaufen wird.

Vorzugsweise wird dabei allerdings das jeweils (abweichende) Steuerspannungssignal, mit dem die Spule während des Messschaltzyklus beaufschlagt wird, derart gewählt, dass sich die Durchflussmenge, die durch das Magnetventil während des Messschaltzyklus fließt bzw. fließen kann, gegenüber der Durchflussmenge, die durch das Magnetventil während eines, des oder jedes Nicht-Messschaltzyklus fließt, nicht ändert. So könnte beispielsweise eine spätere, schnellere Öffnung des Magnetventils in einem, dem oder jedem Nicht-Messschaltzyklus durch eine frühere, aber dafür langsamere Öffnung in dem Messschaltzyklus kompensiert werden.

Auf diese Weise können die Messschaltzyklen systematisch in den ansonsten regulären Betrieb des Magnetventils integriert werden. Während des besonderen Messschaltzyklus wird dann erfindungsgemäß der Verlauf des elektrischen Stroms erfasst, der sich in der Spule einstellt, da dieser elektrische Strom bzw. dessen Verlauf ganz allgemein Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Magnetventils zulässt. So zeigt ein verschlissenes bzw. allgemein fehlerhaftes Magnetventil in der Regel einen anderen Stromverlauf als ein intaktes Magnetventil. Beispielsweise durch einen Vergleich des aktuellen, erfassten Ist-Stromverlaufs mit einem hinterlegten Soll-Stromverlauf und/oder mit hinterlegten Grenzwerten kann dann entsprechend ein solcher Fehler erkannt werden.

Allgemein gesprochen kann entsprechend der erfasste Stromverlauf, bevorzugt mittels einer elektronischen Analyseeinheit, die beispielsweise Teil einer (elektronischen) Steuerungseinrichtung sein kann (insbesondere einer Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens), automatisch analysiert werden, sodass auf diese Weise Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Magnetventils gezogen werden oder werden können. Dies beispielsweise, indem der erfasste bzw. gemessene Stromverlauf mit einem in einem Speicher hinterlegten, vorbestimmten Soll- Stromverlauf verglichen wird und/oder mit einem oder mehreren hinterlegten Grenzoder Sollwerten und/oder indem mittels mathematischer Analyseverfahren, die vorzugsweise auf der Analyseeinheit ablaufen, besondere lokale Ausprägungen des Stromverlaufs ermittelt werden, wie Peaks oder Knickbereiche.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass während des Betriebs des Magnetventils mehrere/viele Messschaltzyklen durchlaufen werden, insbesondere in einer periodischen Abfolge, bei der zwischen jeweils zwei (entsprechend mit zeitlich ausreichend großem Abstand) aufeinanderfolgenden Messschaltzyklen jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Nicht-Messschaltzyklen durchlaufen wird.

Dabei kann die vorbestimmte Anzahl von Nicht-Messschaltzyklen, nach der ein oder der (nächste) Messschaltzyklus durchlaufen wird, beispielsweise eine Anzahl zwischen 400 und 1100 sein.

Was die Steuerspannungssignale betrifft, mit denen die Spule in den Nicht- Messschaltzyklen beaufschlagt wird, so sind diese vorzugsweise sämtlich identisch. In zweckmäßiger Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sämtliche Schaltzyklen (egal ob Messschaltzyklus oder Nicht-Messschaltzyklus) eine erste Phase aufweisen, in der das Steuerspannungssignal, mit dem die Spule beaufschlagt wird, für einen ansteigenden Strom(verlauf) in der Spule sorgt, insbesondere für einen ansteigenden Strom, der zu einer Öffnungsbewegung des Magnetventils führt.

Bevorzugt zu einer Öffnungsbewegung, in der das Verschlussorgan durch eine durch den ansteigenden Strom durch die Spule ausgelöste Öffnungskraft von einer Schließposition, in der es eine Ventilöffnung verschließt, gegen die Rückstellkraft des Rückstellorgans in eine die Ventilöffnung freigebende Öffnungsposition überführt wird.

Dabei weisen die Schaltzyklen jeweils zudem eine zeitlich der ersten Phase nachgelagerte Phase auf, in der das Steuerspannungssignal, mit dem die Spule jeweils beaufschlagt wird, für einen abfallenden Strom in der Spule sorgt. Insbesondere für einen abfallenden Strom, der zu einer Schließbewegung des Magnetventils führt und bevorzugt zu einer Schließbewegung, in der das Verschlussorgan durch die Rückstellkraft des Rückstellorgans von einer oder der Öffnungsposition in eine die Ventilöffnung verschließende Schließposition überführt wird, und zwar unter Überwindung der aufgrund des abfallenden Stroms nachlassenden, durch den Strom ausgelösten Öffnungskraft.

Vorzugsweise kann insbesondere das Steuerspannungssignal, mit dem die Spule während des oder jedes Messschaltzyklus beaufschlagt wird, vgl. oben, im Übrigen zur Verlangsamung eines oder des Stromanstiegs in der Spule (im Vergleich zu einem, mehreren oder jedem Nicht-Messschaltzyklus) ein oder mehrere, vorzugsweise als Rechtecksignalabschnitte ausgebildete Abschnitte aufweisen, der/die einem mehrfachen, getakteten Ein- und Ausschalten der Spannung entspricht/entsprechen. Dies insbesondere mit einem gleichbleibenden Tastgrad oder mit mehreren unterschiedlichen Tastgraden, wobei der oder jeder Tastgrad einen Wert zwischen 50 % bis 90 % aufweist, vorzugsweise zwischen 60 % bis 80 %. Dabei kann das Ein- und Ausschalten in einem Abschnitt des Steuerspannungssignals erfolgen, der im Messschaltzyklus für einen Abschnitt ansteigenden Stroms in der Spule sorgt.

Durch die Verlangsamung des Stromanstiegs kann es ggf. insbesondere bei besonders schnell schaltenden Ventilen und/oder bei Steuerspannungssignalen mit besonders hohen Spannungswerten erst möglich werden, den Verlauf des erfassten Stroms vernünftig zu analysieren. Nämlich insbesondere in einem bzw. dem Bereich, in dem der Stromanstieg durch die Spule verlangsamt ist. Dies kann dann in der oben bereits skizzierten Weise beispielsweise mittels einer bzw. der elektronischen Analyseeinheit automatisch erfolgen, sodass die Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Magnetventils gezogen werden oder werden können.

Unabhängig von der Verwendung der vorgenannten, das Ein- und Ausschalten der Spannung umfassenden Abschnitte der Steuerspannungssignale zur Verlangsamung des Stromanstiegs kann im Übrigen auch ganz allgemein beispielsweise zur Strombegrenzung/Stromreduktion das, mehrere oder jedes Steuerspannungssignal, mit dem die Spule während des oder jedes Schaltzyklus beaufschlagt wird, ein oder mehrere, vorzugsweise als Rechtecksignalabschnitte ausgebildete Abschnitte aufweisen, der/die einem mehrfachen, getakteten Ein- und Ausschalten der Spannung entspricht/entsprechen, insbesondere mit einem gleichbleibenden Tastgrad oder mit mehreren unterschiedlichen Tastgraden, vorzugsweise mit einem Tastgrad, der einen Wert zwischen 50 % bis 100 % aufweist.

Bevorzugt können alle Schaltzyklen (unabhängig davon, ob es sich um Messschaltzyklen handelt oder um Nicht-Messschaltzyklen) gleich lang andauern und jeweils taktweise durch ein zugeordnetes Triggersignal ausgelöst werden, wobei jeder Nicht-Messschaltzyklus unmittelbar nach Auslösen des jeweils zugeordneten Triggersignals mit einer fest definierten Totzeit beginnt, in der das Steuerspannungssignal, mit dem die Spule beaufschlagt wird, den Spannungswert Null aufweist, sodass kein Strom durch die Spule fließt. Dabei weist das Steuerspannungssignal, mit dem die Spule in dem oder jedem Messschaltzyklus beaufschlagt wird, unmittelbar nach Auslösen des (jeweils) zugeordneten Triggersignals anstelle dieser Totzeit bzw. im Bereich derselben einen Abschnitt zur Kompensation des durch das (nachfolgende) getaktete Ein- und Ausschalten der Spannung verlangsamten Stromanstiegs auf, in dem die Spannungswerte mindestens zeitweise von Null verschieden sind, sodass ein ansteigender Kompensationsstrom durch die Spule fließt.

Auf diese Weise könnte bei geeigneter Abstimmung und Ausbildung der jeweiligen Steuerspannungssignale beispielsweise erreicht werden, dass sich, wie oben bereits erwähnt, die Durchflussmenge, die durch das Magnetventil während des Messschaltzyklus fließt bzw. fließen kann, gegenüber der Durchflussmenge, die durch das Magnetventil während eines, des oder jedes Nicht-Messschaltzyklus fließt, nicht ändert.

Bevorzugt ist dabei der Abschnitt des Steuerspannungssignals, der zu dem Kompensationsstrom führt, ebenfalls ein dem mehrfachen, getakteten Ein- und Ausschalten der Spannung entsprechender Abschnitt.

Weiter bevorzugt kann der Abschnitt des Steuerspannungssignals, der zu dem Kompensationsstrom führt, derart gewählt sein, dass der sich hierdurch in der Spule einstellende, ansteigende Kompensationsstrom und die daraus resultierende Kraft auf das Verschlussorgan zu gering sind, um das Verschlussorgan in eine die Ventilöffnung freigebende Position überführen zu können.

Was im Übrigen die Anzahl von Messzyklen betrifft, die pro vorbestimmter Betriebszeit des Magnetventils durchlaufen werden, so kann diese automatisch unmittelbar oder mittelbar abhängig von der Gesamtbetriebszeit des Magnetventils ausgewählt werden, insbesondere abhängig von der Gesamtanzahl an Schaltzyklen, die das Magnetventil während der Gesamtbetriebszeit durchlaufen hat.

Zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zweckmäßigerweise eine (elektronische) Steuereinrichtung zur Steuerung eines Magnetventils vorgesehen, das mit einem Steuerspannungssignal beaufschlagbar ist, sodass das Verschlussorgan des Magnetventils taktweise zwischen einer Schließstellung, in der es eine Ventilöffnung des Magnetventils verschließt, und einer Öffnungsstellung, in der es die Ventilöffnung freigibt, hin- und herbewegbar ist, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie das Verfahren ausführen kann.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Magnetventil, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann,

Fig. 2 ein Spannung-Zeit-Diagramm (mittig) eines Steuerspannungssignals, mit dem das Magnetventil in einem Nicht-Messschaltzyklus beaufschlagt wird, ein Strom-Zeit-Diagramm (oben), in dem der sich aufgrund des Steuerspannungssignals einstellende Stromverlauf in dem Nicht- Messschaltzyklus gezeigt ist, sowie ein Diagramm (unten), in dem das zu dem Nicht-Messschaltzyklus passende Triggersignal (zeitabhängig) gezeigt ist,

Fig. 3 Diagramme analog zu Figur 2, allerdings für einen Messschaltzyklus,

Fig. 4 - 7 eine schematische Schnittdarstellung des Ventils aus Fig. 1 in verschiedenen Betriebszuständen des Ventils.

Ein Magnetventil 10, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann, ist vorliegend als Auftragsventil zum Aufbringen von fließfähigem Medium auf ein Substrat ausgebildet. Beispielsweise als Magnetventil 10, wie diese etwa in Maschinen der Zigarettenverpackungsindustrie eingesetzt werden und die dabei beispielsweise zum Aufträgen von Klebstoff auf Zuschnitte für Zigarettenpackungen dienen. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei anderen Arten und/oder für andere Zwecke eingesetzte Magnetventile verwendet werden kann.

Das Magnetventil 10 gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel ist dabei Teil einer nicht gezeigten Ventilanordnung aus mehreren Einzelventilen. Auch dies muss aber nicht so sein.

Das Magnetventil 10 ist zusammen mit den anderen, nicht gezeigten Magnetventilen an einem gemeinsamen Verteilerkörper 11 befestigt, dem das flüssige Medium über eine Zuführleitung aus einer nicht gezeigten Mediumquelle zugeführt wird.

Die Zuführleitung mündet dabei in einen Mediumeinlass 12 des Verteilerkörpers 11 , der mit in dem Verteilerkörper 11 angeordneten Mediumkanälen 13 fluidleitend verbunden ist, an die die einzelnen Magnetventile 10 jeweils angeschlossen sind, sodass diesen das flüssige Medium über die Mediumkanäle 13 zugeleitet wird.

Das Magnetventil 10 verfügt im vorliegenden Fall über eine Düse 14, die an dem Verteilerkörper 11 angeordnet ist, vorliegend an dessen Unterseite, und über die, nämlich über eine Ausgabeöffnung 15 derselben, das flüssige Medium auf ein (nicht gezeigtes) Substrat abgegeben wird.

Die Ausgabeöffnung 15 der Düse 14 befindet sich dabei am Ende eines Düsenkanals 16, der wiederum stromauf anschließt an einen Mediumkanal 17 in dem Verteilerkörper 11, dem flüssiges Medium portionsweise aus einem in einem Gehäuse 18 des Magnetventils 10 angeordneten Mediumkanal 19 zugeleitet wird.

Diesem Mediumkanal 19 des Magnetventils 10 wird das flüssige Medium von dem entsprechend stromauf angeordneten Mediumkanal 13 des Verteilerkörpers 11 über in den Mediumkanal 19 mündende Einlassöffnungen 20 zugeleitet.

Zur portionsweisen Abgabe des flüssigen Mediums aus dem Mediumkanal 19 des Magnetventils 10 in den Mediumkanal 17 des Verteilerkörpers 11 weist das Magnetventil 10 ein axial hin- und herbewegbares, in dem Mediumkanal 19 bewegbares, längliches Verschlussorgan 23 auf, das eine an den Mediumkanal 19 des Magnetventils 10 angeschlossene Ausgabeöffnung 21 in einer Schließstellung schließt, vergleiche auch Fig. 4 und 7, und in einer Öffnungsstellung freigibt, vgl. auch Fig. 5 und 6.

Die Ausgabeöffnung 21 ist Teil eines Ventilsitzes 22 des Magnetventils 10 mit im vorliegenden Fall insbesondere (kreis-)ringförmiger Anlage- bzw. Dichtfläche für ein erstes Ende des Verschlussorgans 23 bildendes Verschlussstück 24.

In der Schließstellung des Verschlussorgans 23 liegt dieses erste Ende bzw. dieses Verschlussstück 24 dichtend an dem Ventilsitz 22 bzw. der Anlagefläche desselben.

In der Öffnungsstellung des Verschlussorgans 23 ist dieses bzw. das Verschlussstück 24 von dem Ventilsitz 22 abgehoben, im vorliegenden Fall nach unten, und gibt dabei die Ausgabeöffnung 21 frei. Das Verschlussorgan 23 erstreckt sich in dem Gehäuse 18 des Magnetventils 10 ausgehend von seinem durch das Verschlussstück 24 gebildeten Ende durch den Mediumkanal 19 sowie durch einen von einer Spule 25 eines Elektromagneten 26 umschlossenen Innenraum 27 bis zu einem Bereich jenseits der Spule 25.

Das Verschlussorgan 23 ist radial in dem Gehäuse 21 gelagert, sodass es (nur) axiale Hin- und Herbewegungen ausführen kann.

Die Schließkraft auf das Verschlussorgan 23 wird durch ein jenseits des Mediumkanals 20 angeordnetes, als Druckfeder ausgebildetes Rückstellorgan 28 aufgebracht, das sich einerseits auf einer Abstützfläche 29 des Gehäuses 18 abstützt, anderseits gegen einen tellerartigen Abschnitt 30 des Verschlussorgans 23 drückt.

Die Öffnungskraft auf das Verschlussorgan 23 wird durch den Elektromagneten 26 erzeugt, dessen Kern bzw. Anker ein metallisches Bauteil 31 bildet, das drehfest mit dem Verschlussorgan 23 verbunden ist und das unter Mitbewegen des Verschlussorgans 23 durch das Magnetfeld bzw. die Magnetkraft des Elektromagneten 26 bewegt werden kann.

Das Magnetventil 10 wird im regulären Betrieb taktweise geschaltet, nämlich indem jeweils ausgelöst durch ein Triggersignal 32 die Spule 25 des Magnetventils 10 nacheinander mit einem elektrischen Steuerspannungssignal 33 beaufschlagt wird, sodass das Magnetventil 10 nacheinander Schaltzyklen 34 durchläuft, in denen es jeweils im Rahmen einer Öffnungsbewegung von der Schließstellung in die Öffnungsstellung und im Rahmen einer Schließbewegung von der Öffnungsstellung zurück in die Schließstellung überführt wird. In den Figuren 2 und 3 ist jeweils ein Schaltzyklus 34 mit jeweils einem Steuerspannungssignal 33 gezeigt, mit dem solche Bewegungen bewirkt werden können.

Die Steuerspannungssignale 33 werden dabei jeweils durch eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) zur Steuerung des Magnetventils 10 bereitgestellt. Solche Steuereinrichtungen sind bekannt. Es ist wichtig, dass im Betrieb des Magnetventils 10 Fehlerzustände desselben möglichst schnell entdeckt werden. Denn beispielsweise Fehlerzustände, die zu einem nicht ordnungsgemäßen Auftrag der aus dem Magnetventil 10 austretenden Klebstoffportionen führen, können, insofern sie unerkannt bleiben, große Fehlproduktionen nach sich ziehen.

Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, dass (jeweils) nach Durchlaufen einer vorbestimmten Anzahl von insbesondere, aber nicht zwingend identischen Schaltzyklen 34, die keine Messschaltzyklen sind, ein als Messschaltzyklus ausgebildeter Schaltzyklus 34 durchlaufen wird, beispielsweise nach 500, 800 oder 1000 solcher Nicht-Messschaltzyklen, wobei zur Diagnose des Betriebszustands des Magnetventils 10 der Verlauf des elektrischen Stroms erfasst wird, der sich in der Spule 25 des Elektromagneten 26 aufgrund des Steuerspannungssignals 33 einstellt, mit dem die Spule 25 im Messschaltzyklus 34 beaufschlagt wird.

Die Diagramme in Figur 2 zeigen zunächst beispielhaft die Zusammenhänge bei Durchlaufen eines einzelnen der vielen Nicht-Messschaltzyklen 34.

Zu erkennen ist, dass bei Auslösung des Triggersignals 32 das Steuerspannungssignals 33 noch für eine bestimmte Zeit t, nämlich eine nachfolgend noch näher beschriebene Totzeit, auf dem Spannungswert U = 0 verharrt, vgl. Signalabschnitt 35. Nach Ablauf der Totzeit ist das Steuerspannungssignal 33 im vorliegenden Fall als mehrfach getaktetes, mit bestimmten Tastgraden getastetes, sich mehrfach zwischen Ein- und Auszuständen hin- und herbewegendes/schwingendes Rechtecksignal 36 ausgebildet.

Ein erster Abschnitt 36a des Rechtecksignals 36, in dem die Spule 25 unterbrechungsfrei mit einer konstanten Spannung beaufschlagt wird (beispielsweise aufgrund eines Tastgrads von 100 %, angewendet auf eine konstante Spannung), führt dazu, dass ein Öffnungsbeginn des Magnetventils 10 eingeleitet wird. Dabei wird ein ansteigender Strom I in der Spule 25 erzeugt, der dazu führt, dass auf das Verschlussorgan 23 eine Öffnungskraft ausgeübt wird, vgl. Bezugsziffer IV in dem sich in der 20 einstellenden Stromverlauf 40 in Fig. 2 und vgl. die Stellung des Verschlussorgans 23 in Fig. 4. Aufgrund der weiter konstanten Spannung steigt der Strom I dann in der Spule 25 weiter an, bis die Öffnungskraft die Schließkraft, die durch das Rückstellorgan 28 auf das Verschlussorgan 23 ausgeübt wird, übersteigt und infolgedessen das Verschlussorgan 23 von seinem Ventilsitz 22 abhebt, bis das Magnetventil 10 unter Anschlägen des metallischen Bauteils 31 bzw. des Ankers/Kerns des Elektromagneten 26 an einem Anschlag 39 des Magnetventils 10 voll geöffnet ist, vgl. Bezugsziffer V in Fig. 2 sowie Fig. 5.

Auf den Abschnitt 36a des Steuerspannungssignals 33 folgt ein zweiter Abschnitt 36b, in dem das Steuerspannungssignal 33 mit einem Tastgrad von vorliegend 80 %, auch dieser Wert ist nur beispielhaft zu verstehen, getastet ist. Der elektrische Strom I in der Spule 25 erreicht dabei in diesem zweiten Abschnitt 36b seinen maximalen Wert I p_eak .

Auf den zweiten Abschnitt 36b folgt ein dritter Abschnitt 36c des Steuerspannungssignals 33, in dem der Tastgrad im vorliegenden Beispiel weniger 30 % beträgt. Hierdurch kommt es zu einem abfallenden Strom I in der Spule 25. Das Steuerspannungssignal 33 ist dabei so gewählt, dass sich ein Strom I Hold einstellt, der genügt, um das Magnetventil 10 für die vorgesehene Zeitdauer weiter offenzuhalten.

Nach Ablauf des dritten Abschnitts 36c ist der Schaltzyklus 34 beendet, vergleiche das Triggersignal 32, das zu diesem Zeitpunkt auf den Wert 0 gesetzt wird. Entsprechend fällt der Strom I ebenfalls auf den Wert 0 ab. Hierdurch entfällt die Öffnungskraft auf das Verschlussorgan 25 und das Magnetventil 10 bzw. Verschlussorgan 25 geht aufgrund der Rückstellkraft des Rückstellorgans 28 in seine Schließbewegung über. Dabei löst sich zunächst das metallische Bauteil 31 von dem Anschlag 39, vgl. Bezugsziffer VI in Fig. 2 und Fig. 6. Anschließend bewegt sich das Verschlussorgan 25 (im vorliegenden Fall aufwärts), bis es an dem Ventilsitz 22 anschlägt.

In der Spule 25 wird während der Schließbewegung eine Gegenspannung induziert, die in dem Spannung-/Zeitdiagramm in Figur 2 erkennbar ist, vergleiche Bezugsziffer 37. Ebenfalls erkennbar ist eine Spannungsspitze 38, die sich durch den Anschlag des Verschlussorgans 23 an dem Ventilsitz 22 einstellt.

Die Diagramme in Fig. 3 zeigen nun beispielhaft die Zusammenhänge bei Durchlaufen eines Messschaltzyklus 34, der auf eine bestimmte Anzahl von Nicht-Messschaltzyklen 34 folgt und der so ausgebildet es, dass er es erlaubt, den sich einstellenden Verlauf des elektrischen Stroms I durch die Spule 25 genau zu analysieren bzw. aufzulösen, insbesondere besser, als dies bei dem Nicht-Messschaltzyklus 34 der Fall wäre.

Denn beispielsweise wird im Vergleich zu dem in Fig. 2 dargestellten Nicht- Messschaltzyklus 34 in dem Messschaltzyklus 34 der Fig. 3 der Anstieg des elektrischen Stroms I während der Öffnungsbewegung verlangsamt, was es insbesondere bei besonders schnell schaltenden Ventilen und/oder bei Steuerspannungssignalen mit besonders hohen Spannungswerten erst möglich macht, den Verlauf des erfassten Stroms I ausreichend genau analysieren zu können bzw. bestimmte Abweichungen des Stromverlaufs in Fehlerfällen gegenüber Nicht- Fehlerzuständen überhaupt erst erkennen zu können.

Wie in Fig. 3 erkennbar ist, bildet sich aufgrund des verlangsamten Anstiegs des Stroms I ein lokaler Peak 40a in dem Stromverlauf 40 aus, der den Beginn der Öffnungsbewegung des Verschlussorgans 23 bzw. des Magnetventils 10 entsprechend Fig. 4 repräsentiert. In dem regulären bzw. normalen Nicht-Messschaltzyklus entsprechend Fig. 2 bildet sich dieser Peak aufgrund des schnelleren Stromanstiegs nicht aus und wäre entsprechend nicht detektierbar.

Im vorliegenden Beispiel wird, um den Stromanstieg wie gewünscht zu verlangsamen, der erste Abschnitt 36a des Steuerspannungssignals 33, der während des Nicht- Messschaltzyklus 34 einen konstanten Spannungswert aufweist, was einem Tastgrad von 100 % entspricht, mit einem Tastgrad kleiner 100 % getastet, insbesondere gleich oder kleiner 80 %.

Um dabei dennoch zu erreichen, dass auch während eines solchen Messschaltzyklus 34 dieselbe Durchflussmenge bzw. vorliegend Portionsmenge an Klebstoff aus dem Magnetventil 10 ausgegeben wird wie in den Nicht-Messschaltzyklen 34, ist vorgesehen, innerhalb der Totzeit, vgl. Signalabschnitt 35 in Fig. 3, die Spule 25 des Elektromagneten 26 bereits mit einer (Rechteck-)Spannung zu beaufschlagen, hier unter Anwendung eines Tastgrads kleiner 10 %. Hierdurch wird die Spule 25 vormagnetisiert und das Verschlussorgan 23 im Grunde vorgespannt. Insbesondere kann hierdurch der verlangsamte Stromanstieg während des ersten Abschnitts 36a kompensiert werden. Erfindungsgemäß wird dann, vgl. oben, der (mittels an sich bekannter Erfassungs- bzw. Messmethoden) in dem Messchaltzyklus 34 erfasste Stromverlauf 40 vorzugsweise automatisch analysiert, sodass auf diese Weise Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Magnetventils 10 gezogen werden oder werden können.

Dies kann mittels einer elektronischen Analyseeinheit erfolgen, die beispielsweise Teil einer bzw. der (elektronischen) Steuerungseinrichtung sein kann. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der erfasste bzw. gemessene Stromverlauf mit einem in einem (elektronischen) Speicher hinterlegten, vorbestimmten Soll-Stromverlauf verglichen werden und/oder mit einem oder mehreren hinterlegten Grenz- oder Sollwerten, und/oder indem mittels mathematischer Analyseverfahren, die vorzugsweise auf der Analyseeinheit ablaufen, besondere lokale Ausprägungen des Stromverlaufs ermittelt werden, wie Peaks oder Knickbereiche.

In Fig. 3 ist beispielhaft ein Stromverlauf 40' eines nicht mehr ordnungsgemäß betriebsfähigen (verschlissenen) Magnetventils 10 eingezeichnet, vgl. die gestrichelte Linie. Die Abweichungen zu dem Stromverlauf 40 eines fehlerfreien bzw. ordnungsgemäße betriebsfähigen Magnetventils 10 sind erkennbar und entsprechend erfassbar. Insbesondere ist erkennbar, dass sich in diesem Fall auch in dem Messschaltzyklus 34 der lokale, im fehlerfreien Zustand des Magnetventils 10 auf den Öffnungsbeginn hinweisende Peak, vgl. oben, in dem Stromverlauf 40' nicht herausbildet, was entsprechend detektierbar ist und auf einen Fehler hindeutet.

Wie schließlich ebenfalls erkennbar ist, ist auch der Verlauf der in der Spule 25 induzierten Gegenspannung bei dem nicht mehr ordnungsgemäß betriebsfähigen (verschlissenen) Magnetventil 10 ein anderer, vgl. die gestrichelte Linie 37'. Auch dies kann bei Bedarf detektiert werden.

***** Bezugszeichenliste

10 Magnetventil 37' Gegenspannung

11 Verteilerkörper 38 Spannungsspitze

12 Mediumeinlass 39 Anschlag

13 Mediumkanal Verteilerkörper 40 Stromverlauf

14 Düse 40a lokaler Peak

15 Ausgabeöffnung 40' Stromverlauf

16 Düsenkanal

17 Mediumkanal Verteilerkörper

18 Gehäuse

19 Mediumkanal Magnetventil

20 Einlassöffnung

21 Ausgabeöffnung

22 Ventilsitz

23 Verschlussorgan

24 Verschlussstück

25 Spule

26 Elektromagnet

27 Innenraum

28 Rückstellorgan

29 Abstützfläche

30 tellerartiger Abschnitt

31 metallisches Bauteil

32 Triggersignal

33 Steuerspannungssignal

34 Schaltzyklus

35 Signalabschnitt Totzeit

36 Rechtecksignal

36a erster Abschnitt Rechtecksignal

36b zweiter Abschnitt

Rechtecksignal

36c dritter Abschnitt Rechtecksignal

37 Gegenspannung

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines insbesondere als Auftragsventil zum Aufbringen von fließfähigem Medium auf ein Substrat ausgebildeten Magnetventils (10), das ein durch einen Elektromagneten (26) des Magnetventils (10) gegen die Rückstellkraft eines Rückstellorgans bewegbares Verschlussorgan (23) aufweist, wobei die Spule (25) des Elektromagneten (26) taktweise jeweils nacheinander mit einem elektrischen Steuerspannungssignal (33) beaufschlagt wird, sodass das Magnetventil (10) nacheinander Schaltzyklen durchläuft, in denen das Magnetventil (10) jeweils im Rahmen einer Öffnungsbewegung von einer Schließstellung in eine Öffnungsstellung und im Rahmen einer Schließbewegung von der Öffnungsstellung zurück in die Schließstellung überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass (jeweils) nach Durchlaufen einer vorbestimmten, insbesondere in einem Speicher hinterlegten Anzahl von insbesondere identischen Schaltzyklen, die keine Messschaltzyklen sind, ein als Messschaltzyklus ausgebildeter Schaltzyklus durchlaufen wird, wobei zur Diagnose des Betriebszustands des Magnetventils (10) der Verlauf des elektrischen Stroms erfasst wird, der sich in der Spule (25) des Elektromagneten (26) aufgrund des Steuerspannungssignals (33) einstellt, mit dem die Spule (25) im Messschaltzyklus beaufschlagt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerspannungssignal (33), mit dem die Spule (25) während des oder jedes Messschaltzyklus beaufschlagt wird, von dem jeweiligen Steuerspannungssignal (33) abweicht, mit dem die Spule (25) während einer oder der vorbestimmten Anzahl von Nicht-Messschaltzyklen beaufschlagt wird, nach deren Durchlaufen der Messschaltzyklus durchlaufen wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Magnetventils (10) mehrere Messschaltzyklen durchlaufen werden, insbesondere in einer periodischen Abfolge, bei der zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Messschaltzyklen jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Nicht- Messschaltzyklen durchlaufen wird.

4. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Anzahl von Nicht-Messschaltzyklen, nach der ein oder der (nächste) Messschaltzyklus durchlaufen wird, eine Anzahl zwischen 400 und 1100 ist.

5. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Steuerspannungssignale (33), mit denen die Spule (25) in den Nicht-Messschaltzyklen beaufschlagt wird, identisch sind.

6. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltzyklen eine erste Phase aufweisen, in der das Steuerspannungssignal (33), mit dem die Spule (25) beaufschlagt wird, für einen ansteigenden Strom in der Spule (25) sorgt, insbesondere für einen ansteigenden Strom, der zu einer Öffnungsbewegung des Magnetventils (10) führt, bevorzugt zu einer Öffnungsbewegung, in der das Verschlussorgan (23) durch eine durch den ansteigenden Strom durch die Spule (25) ausgelöste Öffnungskraft von einer Schließposition, in der es eine Ventilöffnung verschließt, gegen die Rückstellkraft des Rückstellorgans in eine die Ventilöffnung freigebende Öffnungsposition überführt wird, und dass die Schaltzyklen eine zeitlich der ersten Phase nachgelagerte Phase aufweisen, in der das Steuerspannungssignal (33), mit dem die Spule (25) beaufschlagt wird, für einen abfallenden Strom in der Spule (25) sorgt, insbesondere für einen abfallenden Strom, der zu einer Schließbewegung des Magnetventils (10) führt, bevorzugt zu einer Schließbewegung, in der das Verschlussorgan (23) durch die Rückstellkraft des Rückstellorgans von einer oder der Öffnungsposition in eine die Ventilöffnung verschließende Schließposition überführt wird, und zwar unter Überwindung der aufgrund des abfallenden Stroms nachlassenden, durch den Strom ausgelösten Öffnungskraft.

7. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das, mehrere oder jedes Steuerspannungssignal (33), mit dem die Spule (25) während des oder jedes Schaltzyklus beaufschlagt wird, ein oder mehrere, vorzugsweise als Rechtecksignalabschnitte ausgebildete Abschnitte aufweist, der/die einem mehrfachen, getakteten Ein- und Ausschalten der Spannung entspricht/entsprechen, insbesondere mit einem gleichbleibenden Tastgrad oder mit mehreren unterschiedlichen Tastgraden, vorzugsweise mit einem Tastgrad, der einen Wert zwischen 50 % bis 100 % aufweist.

8. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerspannungssignal (33), mit dem die Spule (25) während des oder jedes Messschaltzyklus beaufschlagt wird, insbesondere zur Verlangsamung eines oder des Stromanstiegs in der Spule (25) im Vergleich zu einem, dem oder jedem Nicht-Messschaltzyklus, bevorzugt in der vorgenannten ersten Phase des Schaltzyklus, ein oder mehrere, vorzugsweise als Rechtecksignalabschnitte ausgebildete Abschnitte aufweist, der/die einem mehrfachen, getakteten Ein- und Ausschalten der Spannung entspricht/entsprechen, insbesondere mit einem gleichbleibenden Tastgrad oder mit mehreren unterschiedlichen Tastgraden, vorzugsweise mit einem Tastgrad zwischen 60 % bis 80 %.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein- und Ausschalten in einem Abschnitt des Steuerspannungssignals (33) erfolgt, der im Messschaltzyklus für einen Abschnitt ansteigenden Stroms in der Spule (25) sorgt.

10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Stromverlauf, insbesondere in einem oder dem Bereich, in dem der Stromanstieg durch die Spule (25) verlangsamt ist, bevorzugt mittels einer elektronischen Analyseeinheit automatisch analysiert wird, sodass Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Magnetventils (10) gezogen werden oder werden können, insbesondere indem der Stromverlauf mit einem in einem Speicher hinterlegten, vorbestimmten Soll-Stromverlauf verglichen wird und/oder mit einem oder mehreren hinterlegten Grenz- oder Sollwerten und/oder indem mittels mathematischer Analyseverfahren besondere lokale Ausprägungen des Stromverlaufs, wie Peaks oder Knickbereiche, ermittelt werden.

11. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mindestens gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schaltzyklen gleich lang andauern und jeweils taktweise durch ein zugeordnetes Triggersignal ausgelöst werden, dass jeder Nicht-Messschaltzyklus unmittelbar nach Auslösen des jeweils zugeordneten Triggersignals mit einer fest definierten Totzeit beginnt, in der das Steuerspannungssignal (33), mit dem die Spule (25) beaufschlagt wird, den Spannungswert Null aufweist, sodass kein Strom durch die Spule (25) fließt, und dass das Steuerspannungssignal (33), mit dem die Spule (25) in dem oder jedem Messschaltzyklus beaufschlagt wird, unmittelbar nach Auslösen des (jeweils) zugeordneten Triggersignals anstelle dieser Totzeit oder im Bereich derselben einen Abschnitt zur Kompensation des durch das (nachfolgende) getaktete Ein- und Ausschalten der Spannung verlangsamten Stromanstiegs aufweist, in dem die Spannungswerte mindestens zeitweise von Null verschieden sind, sodass ein ansteigender Kompensationsstrom durch die Spule (25) fließt.

12. Verfahren gemäß Anspruch 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Steuerspannungssignals (33), der zu dem Kompensationsstrom führt, ebenfalls ein dem mehrfachen, getakteten Ein- und Ausschalten der Spannung entsprechender Abschnitt ist.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Steuerspannungssignals (33), der zu dem Kompensationsstrom führt, derart gewählt ist, dass der sich hierdurch in der Spule (25) einstellende ansteigende Kompensationsstrom und die daraus resultierende Kraft auf das Verschlussorgan (23) zu gering sind, um das Verschlussorgan (23) in eine die Ventilöffnung freigebende Position überführen zu können.

14. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Messzyklen, die pro vorbestimmter Betriebszeit des Magnetventils (10) durchlaufen werden, automatisch unmittelbar oder mittelbar abhängig von der Gesamtbetriebszeit des Magnetventils (10) ausgewählt wird, insbesondere abhängig von der Gesamtanzahl an Schaltzyklen, die das Magnetventil (10) während der Gesamtbetriebszeit durchlaufen hat.

15. Steuereinrichtung zur Steuerung eines Magnetventils (10), das ein durch einen Elektromagneten (26) des Magnetventils (10) gegen die Rückstellkraft eines Rückstellorgans bewegbares Verschlussorgan (23) aufweist, wobei die Spule (25) des Elektromagneten (26) mit einem Steuerspannungssignal (33) beaufschlagbar ist, sodass das Verschlussorgan (23) taktweise zwischen einer Schließstellung, in der es eine Ventilöffnung des Magnetventils (10) verschließt, und einer Öffnungsstellung, in der es die Ventilöffnung freigibt, hin- und herbewegbar ist, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie das Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausführen kann.