EP4522517A1 - Verfahren zur steuerung einer verpackungsmaschine - Google Patents

Verfahren zur steuerung einer verpackungsmaschine

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EP4522517A1
EP4522517A1 EP23722564.4A EP23722564A EP4522517A1 EP 4522517 A1 EP4522517 A1 EP 4522517A1 EP 23722564 A EP23722564 A EP 23722564A EP 4522517 A1 EP4522517 A1 EP 4522517A1
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EP
European Patent Office
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drives
machine
data
collision zone
collision
Prior art date
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Application number
EP23722564.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas SAWADSKY
Steffen Bohnhorst
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Focke and Co GmbH and Co KG
Original Assignee
Focke and Co GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Focke and Co GmbH and Co KG filed Critical Focke and Co GmbH and Co KG
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Definitions

  • the present invention relates to a method for (automatically) controlling a packaging machine for the production of packaging, preferably for the production of packaging for smokable products in the tobacco industry, with at least two independently controllable drives, preferably designed as servo drives, each of which drives a machine element of the packaging machine and intersect in an overlap area where the machine parts could collide with each other or with products handled by the machine parts.
  • the invention further relates to a device for producing such packaging, which can be controlled using the aforementioned method.
  • Packaging machines often have, especially in different areas of the machine, several groups of machine elements in which the movement paths of the members of the respective group intersect with each other in an overlap area in the manner described above.
  • the mechanical (movement) coupling of individual, moving machine elements, such as sliders, conveyors, turrets, etc., to a rotating king or master shaft has been increasingly abandoned in favor of individual ones , servo drives for these machine organs that are electronically coupled to a machine cycle.
  • DE 10 2018 008 815 A1 wants to avoid collisions by creating a work space data area or a data space that represents a work space in which the machine organs whose movements overlap or the products handled by them move. Within the data space, zones are defined within which collisions can occur and zones within which this is not the case. The machine organs are then moved on the basis of or within the data space.
  • the method mentioned at the outset is characterized in that as part of the control of the packaging machine, in particular the control of the movement of the machine elements, a data contour is used, preferably for collision-free synchronization of the machine elements with one another in a synchronization operation, for example during initial or recommissioning of the packaging machine , which (as a subset thereof) in one or the data space, which represents (in particular all) possible relative positions of the drives, delimits a collision zone which, in the data space, includes those relative positions of the drives in which the machine organs are connected to one another and/or with one another Products handled by machine parts can collide.
  • a data contour located within the said data space and delimiting the collision zone for or as part of the control of the movements of the machine organs it is possible to use a large part of the data volume of the data space in comparison to the solutions of the prior art to forego and only use the data from the data contour.
  • this application is based on examples in which the trajectories of two machine organs overlap.
  • the concepts according to the invention can also be easily transferred to constellations with more than two such machine organs.
  • the data contour in the data space forms a boundary, in particular a boundary line, between the collision zone and a non-collision zone, which in the data space includes those relative positions of the drives in which the Machine organs cannot collide with each other and/or with products handled by the machine organs.
  • the boundary can preferably surround or enclose the collision zone and/or the non-collision zone.
  • the data contour can be part of the non-collision zone and form the outer boundary of the non-collision zone to the collision zone or alternatively be part of the collision zone and form the outer boundary of the collision zone to the non-collision zone.
  • this or the data belonging to the data contour can in particular be automatically derived from the data space comprising the collision zone and the non-collision zone, extracted and then stored in an electronic memory which is preferably assigned to one or the control of the packaging machine .
  • the data room can preferably be created computer-aided.
  • the collision zone and/or the non-collision zone are preferably defined as a respective subset of the data space.
  • the data contour delimiting the collision zone or the data belonging to the data contour can also be derived as a subset, in particular automatically, from the data space comprising the collision zone and the non-collision zone, extracted and then stored in an electronic memory preferably assigned to the control of the packaging machine.
  • a digital simulation model of the packaging machine that represents (at least) the drives and the machine organs can be created and/or used (the creation can be done, for example, by means of a simulation program), using the simulation model to simulate different relative positions of the drives and the states of the packaging machine that arise at these relative positions, preferably using the simulation program, in particular of the machine organs.
  • the data contour and/or the data space can map the relative positions of the drives via coordinates that are preferably based on rotation angles of the drives, preferably as one or more tables, lists, arrays, convex shells and/or Fourier parameters.
  • the data contour depicts the relative positions of the drives using mathematical functional equations that are preferably based on the angles of rotation of these drives.
  • the data contour could also preferably represent the relative positions of two drives via fixed coordinate pairs of coordinates based in particular on the angles of rotation of these drives.
  • no coordinate pairs that lie on the data contour are then released for the control of the drives and/or for the calculation of the collision-free travel path, or the coordinate pairs that lie on the data contour are blocked for this purpose, so that the drives are within the scope of the control and/or within the frame
  • no relative positions can be assumed that correspond to locked coordinate pairs.
  • the current actual relative position of the drives is queried, preferably continuously or periodically, in particular by means of suitable sensors, and that it is checked whether this actual relative position corresponds to a relative position , which lies on the data contour.
  • this actual relative position corresponds to a relative position that lies on the data contour
  • a signal can then be generated, for example, which is further processed by the controller, for example an error signal.
  • the current actual relative position of the drives is queried, in particular by means of suitable sensors, such as rotary angle sensors.
  • suitable sensors such as rotary angle sensors.
  • a collision-free travel path can then be automatically calculated, along which the drives can be moved by moving one or more of the drives from the actual relative position into one
  • a synchronous relative position corresponding to a synchronous position of the drives can be transferred, without the current relative positions of the drives touching the data contour or assuming a value that lies on the data contour.
  • the drives can be transferred to the synchronous relative position by moving one or more drives along this travel path.
  • the machine elements are expediently aligned with one another when the drives driving them are in the synchronous relative position, in particular before or at the start of normal operation of the drives and/or the machine, in such a way that during subsequent synchronized control of the drives, in particular during During normal operation of the drives and/or the machine, collision-free operation is also possible in the overlapping area of the machine elements.
  • the drives are put into normal operation, in which they are preferably controlled in a synchronized manner, in particular cyclically or continuously, according to predetermined motion laws stored in a memory.
  • Fig. 1 shows a section of a device controlled according to the invention
  • Packaging machine for producing packs for tobacco products with several independent drives Machine organs move, the movement paths of two machine organs overlapping in a first overlap area and the movement path of a machine organ overlapping with the movement path of products that are moved by a machine organ in a second overlap area,
  • Fig. 2 is a side view of the packaging machine along the
  • Fig. 3 is a side view of the packaging machine along the
  • Fig. 8 is a schematic representation of a circuit structure
  • FIGS. 1 - 3 The relationships according to the invention presented above are first explained below using a special packaging machine (FIGS. 1 - 3), namely a packaging machine 10 for packaging cigarettes 11 or for producing cigarette packs with cigarettes 11 as the contents of the pack, which is only shown in part for this purpose .
  • Packaging machines for cigarettes or other products are known to those skilled in the art and are therefore not described in more detail here. It goes without saying that the control method according to the invention can also be used with other types of packaging devices or packaging machines.
  • the method according to the invention can be used in all areas of a packaging machine in which there are two or more move more machine elements of the packaging machine driven by (motorized) drives on movement paths in a work area in which collisions of a moving machine element with another moving machine element or with products handled by the machine elements can occur in an overlapping area.
  • FIG. 1 shows a part of the packaging machine 10 in which, in a first area, cigarettes 11 are moved back and forth by a drive C in the machine cycle, in the present case designed as an inserter 12, in groups and cycles from a cigarette magazine 13 in precise positions Machine organs kept ready and moved cyclically (further) by a drive A, in the present case designed as pockets 14 of a rotating pocket conveyor 15, are pushed or pushed.
  • the movement path of the cigarette groups and the movement path of the pockets 14 intersect in an overlap and takeover area 18, in which, for example, if the pockets 14 are incorrectly positioned, for example laterally too offset, a collision of the respective cigarette group with one of the pocket walls of the pockets 14 can come.
  • the pocket conveyor 15 further conveys the groups of cigarettes in cycles in the direction of a rotating driver conveyor 16, which has individual machine elements moved by a drive B, in the present case designed as drivers 17, which move on a conveyor track running transversely to the conveying plane of the pockets 14.
  • an upper driver part 21 of one of the pockets 14 is adapted to the inner contour of the respective pocket 14
  • Carrier 17 moves lengthwise through a pocket 14 that is kept ready and thereby conveys the group of cigarettes located in the pocket 14 (taking it with it) transversely to the conveying plane of the pockets 14 out of the pocket 14 in the direction of a subsequent winding station 19, in which an inner blank 20 is then placed on the Cigarette group is placed and folded around it.
  • Collisions can also occur in the overlap and takeover area 22, for example a collision between a driver 17 and a driver
  • the pocket 14 or a pocket wall of the same are kept ready if the pockets 14 are incorrectly aligned and not in the correct position relative to the drivers 17 or the upper driver parts 21.
  • the drives A, B, C can be controlled individually and are each designed as servo drives with a servo motor and corresponding position control.
  • the pushers 12, the pockets 14 (possibly also the entire pocket conveyor 15) and the drivers 17 (possibly also the entire driver conveyor 16) can form the machine elements moved by the drives C, A and B, which move on trajectories, that overlap.
  • the drives A, B form a first group of drives of the packaging machine 10, the machine elements driven by them intersect in an overlap area, and which are optionally synchronized after the machine 10 has come to a standstill, in particular before it is put into operation for the first time and/or again must.
  • the drives A, C form a second such group.
  • the invention is not limited to the aforementioned special machine elements. Rather, all conceivable machine organs that are moved by drives and whose trajectories intersect in an overlap area can be covered by the invention.
  • the packaging machine 10 is therefore controlled in a special way in the present case before the regular normal operation of the packaging machine 10 in a separate, automatic synchronization operation.
  • the controller 25 checks whether the drives A, B, C are already in a synchronized position. If this is the case, normal operation of the packaging machine 10 can start immediately.
  • a set of data covering the working space of the machine elements 12, 14, 17 or the drives A, B, C is first generated (in particular, but not necessarily before the device 10 is put into operation), namely a data space 23.
  • This data space 23 maps the possible relative positions of the drives A, B, C.
  • the drives A, B, C which are preferably designed as servo motors and which drive the machine elements 12, 14, 17, the rotation angles forming the coordinates in the data space 23.
  • the data space 23 can be stored, for example, as a (possibly also multi-dimensional, in particular three-dimensional) table in the control of the machine or in a data memory assigned to the control, see FIGS. 4 - 7.
  • the data space 23 also indirectly describes the corresponding relative positions of the machine elements 12, 14, 17 in their working space to one another.
  • FIGS. 4 and 5 it is known in the prior art, see FIGS. 4 and 5, on the one hand to define a table or data space area 23.1 - non-collision zone - in which it is ensured is that in the combinations of rotation angles or positions of the shafts of the drives assigned to table area 23.1, the machine elements 12, 14, 17 or the products (cigarette groups) that may be handled by them do not assume any collision positions. For example, because the machine elements 12, 14, 17 as well as the cigarette groups being handled are safely out of engagement with these rotation angle combinations or are at appropriate distances from one another.
  • a data space area 23.3 is defined as a further subset - product collision zone - in which it is certain that with the combinations of rotation angles contained therein, a collision of the products handled by the machine element 12, in this case the pusher, i.e. the cigarette groups, occurs with a bag 14 .
  • a data space area 23.4 - machine organ collision zone - is defined as a further subset, in which it is certain that, given the combinations of rotation angles present there, a collision of the driver 17 with a pocket 14 will occur (as would be the case in the constellation of FIG. 3).
  • a data space area 23.2 is defined - a collision zone - in which, given the combinations of rotation angles present there, a collision is not certain, but is acutely threatened, since the corresponding values are close to combinations of values of either the data space area 23.3 or 23.4.
  • a collision zone 23.5 in which it is to be feared that collisions can occur.
  • a boundary area 24 - data contour - in the present case a boundary line, which as a result limits the collision zone 23.5 in the manner of a contour line and in the present case includes a non-collision zone 23.6 forming a third data space area.
  • the data contour 24 delimits the collision zone 23.5 from the non-collision zone 23.6, in which it is ensured, at least in the present example, that no collisions can occur.
  • the data contour 24 is an (outer) part of the non-collision zone 23.6, but theoretically it can also be an (outer) part of the collision zone 23.5.
  • Data space 23 generated as described above are extracted and stored, for example, as rotation angle coordinate pairs 36 in the memory 25a, see FIG. 2.
  • the current actual relative position (as a combination of the respective actual rotation angles) of the drives A, B, C can first be queried, and then in the event that the actual relative position deviates from a predetermined synchronous position of the drives A, B, C, possibly also stored in the memory 25a, A collision-free travel path is automatically calculated, along which the drives A, B, C are transferred from the actual relative position into a synchronous relative position corresponding to a synchronous position of the drives A, B, C by moving one or more of the drives A, B, C can, with the proviso that the current relative positions of the drives do not touch the data contour 24 or do not assume a value that lies on the data contour.
  • the drives A, B, C can then be transferred to the synchronous relative position by moving one or more drives A, B, C along this travel path.
  • the calculation of the travel path can be carried out almost exclusively on the basis of the data contour 24, without at least further data about the non-collision zone 23.6 or the collision zone 23.5 being required.
  • the data that lies on the data contour 24 would be evaluated as inadmissible or as blocked/not released.
  • the definition of the collision zone 23.5, the definition of the non-collision zone 23.6 and the derivation of the data contour 24 from this (or the definition or setting of the boundary contour around the collision zone) can be general In other words, in particular automatically or semi-automatically, for example by means of a simulation program running on a computer, which, among other things, can simulate the movements or positions of the moving machine elements 12, 14, 17 or the products handled by them in the work area.
  • the control 25 of the machine 10 or corresponding other/further controls of the drives A, B, C of the machine elements 12, 14, 17 can then either access this data or this data is transmitted to them.
  • the simulation program creates a digital image (digital twin) of the machine 10 or a device area comprising at least the moving machine elements 12, 14, 17.
  • Energy is supplied to the packaging machine 10 and in particular to the servo motors that drive the machine elements 12, 14, 17 in a special way. It goes without saying that such an energy supply is not limited to the present case, but can also be used in other constellations, in particular for other machines and types of machines, etc.
  • the most stable voltage supply possible is required to supply energy to every machine.
  • the general mains/supply voltage 27 can vary unfavorably.
  • mains/supply voltage 27 into a constant AC operating voltage (alternating voltage), for example 3 x 400 V, by means of a matching transformer 26, see FIG. 8.
  • This constant AC operating voltage is then made available in a main circuit 37, to which one or more machine modules 33 of a machine, such as the packaging machine 10, can be connected.
  • Each machine module 33 can, for example, include, among other things, servo systems 28, each with one or more servo motors 29, servo actuators 30 and power supply or power supply 31, and possibly additional consumers 32.
  • the power supply 31 of the respective servo system 28 generally converts the AC voltage made available to it into a DC voltage for the respective servo actuator 30.
  • the servo systems 28 are so-called multi-axis servo systems with several servo motors 29, there is a risk that the DC voltage will drop or collapse under the high loads during operation. This would cause a shift in the motor characteristics of the respective servo motor 29 connected to the servo actuator 30, so that the peak torque would only be available up to a reduced speed of the servo motor 29.
  • the goal is for the respective servo motor 29 to reach its maximum speed even under peak load.
  • it is intended to deliberately increase the DC voltage of the intermediate or working circuit 38, which is made available to the servo systems 28, compared to the operating voltage of the main circuit 37, which is made available by the matching transformer 26.
  • a second transformer 34 is provided here (autotransformer), which increases the AC operating voltage of the main circuit 37, for example 3 x 400 V, cf. above, to, for example, 3 x 460 V.
  • a choke 35 can also be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Verpackungsmaschine zur Herstellung von Verpackungen mit jeweils mindestens zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren, bevorzugt als Servoantriebe ausgebildeten Antrieben (A, B, C), die jeweils ein Maschinenorgan der Verpackungsmaschine antreiben und sich in einem Überschneidungsbereich schneiden, in dem die Maschinenorgane (12, 14, 17) miteinander oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren könnten. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Steuerung der Verpackungsmaschine eine Datenkontur (24) verwendet wird, die in einem Datenraum (23), der (insbesondere sämtliche) mögliche Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) abbildet, eine Kollisionszone begrenzt, die in dem Datenraum (23) diejenigen Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) umfasst, bei denen die Maschinenorgane (12, 14, 17) miteinander und/oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren können.

Description

Anmelder:
Focke & Co. (GmbH & Co. KG)
Verfahren zur Steuerung einer Verpackungsmaschine
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur (automatischen) Steuerung einer Verpackungsmaschine zur Herstellung von Verpackungen, bevorzugt zur Herstellung von Verpackungen für rauchbare Produkte der Tabakindustrie, mit jeweils mindestens zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren, bevorzugt als Servoantriebe ausgebildeten Antrieben, die jeweils ein Maschinenorgan der Verpackungsmaschine antreiben und sich in einem Überschneidungsbereich schneiden, in dem die Maschinenorgane miteinander oder mit von den Maschinenorganen gehandhabten Produkten kollidieren könnten. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Verpackungen, die mit dem vorgenannten Verfahren gesteuert werden kann.
Verpackungsmaschinen weisen häufig, insbesondere in verschiedenen Bereichen der Maschine, mehrere Gruppen von Maschinenorganen auf, bei denen sich die Bewegungsbahnen der Mitglieder der jeweiligen Gruppe in der vorstehend geschilderten Weise jeweils untereinander in einem Überschneidungsbereich schneiden. Auf der anderen Seite wurde in Verpackungsmaschinen in den letzten Jahren mehr und mehr die mechanische (Bewegungs-)Kopplung von einzelnen, sich bewegenden Maschinenorganen, wie etwa Schiebern, Förderern, Revolvern etc., an eine drehende Königs- oder Masterwelle aufgegeben zu Gunsten von einzelnen, elektronisch an einen Maschinentakt gekoppelten Servoantrieben für diese Maschinenorgane.
Mit dem Einsatz separater Servoantriebe für die einzelnen sich bewegenden Maschinenorgane steigt allerdings naturgemäß die Gefahr von Kollisionen zwischen dem jeweiligen Maschinenorgan (oder einem von einem solchen gehandhabten Produkt) und einem weiteren sich bewegenden Maschinenorgan der betrachteten Gruppe. Besondere Probleme stellen sich beim Synchronisieren der einzelnen Antriebe und somit der von ihnen bewegten Maschinenorgane bzw. der von diesen gehandhabten Produkte. Insbesondere vor einer Erst- oder Wiederinbetriebnahme der Verpackungsmaschine kann es passieren, dass die Antriebe bzw. die von ihnen angetriebenen Maschinenorgane zueinander in Undefinierten, nicht synchronisierten Stellungen stehen. Für einen späteren kollisionsfreien (Regel-)Betrieb der Maschine ist es daher häufig erforderlich, die Maschinenorgane zuvor auszurichten und diese dabei in definierte Ausgangsstellungen bzw. Synchronstellungen zu bringen. Aufgrund der sich grundsätzlich überschneidenden Bewegungsbahnen der Maschinenorgane besteht dabei ein erhebliches Risiko von unerwünschten Kollisionen der Maschinenorgane, sodass ein solches Ausrichten häufig händisch durchgeführt wird.
Die DE 10 2018 008 815 A1 möchte Kollisionen vermeiden, indem ein Arbeitsraumdatenbereich erzeugt wird bzw. ein Datenraum, der einen Arbeitsraum abbildet, in dem sich die in ihren Bewegungen überschneidenden Maschinenorgane bzw. die von diesen gehandhabten Produkte bewegen. Innerhalb des Datenraums werden Zonen definiert, innerhalb derer Kollisionen auftreten können sowie Zonen, innerhalb deren dies nicht der Fall ist. Auf Basis bzw. innerhalb des Datenraums werden dann die Maschinenorgane bewegt. Unter anderem für ein Synchronisieren der einzelnen Antriebe und somit der von ihnen bewegten Maschinenorgane bzw. von diesen gehandhabten Produkte, beispielsweise im Rahmen einer Erst- oder Wiederinbetriebnahme der Maschine, wäre es ausgehend hiervon letztlich erforderlich, sämtliche Stellungs- bzw. Bewegungskonstellationen der Maschinenorgane in der Steuerung der Maschine zu hinterlegen, was allerdings abhängig von der Anzahl von Maschinenorganen zu einer hohen Datenmenge führen kann, die jeweils bei der Kollisionsverhinderung berücksichtigt werden muss.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Steuerungsverfahren und die eingangs genannte Herstellvorrichtung weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfüllt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Erfindungsgemäß ist das eingangs genannte Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Steuerung der Verpackungsmaschine, insbesondere der Steuerung der Bewegung der Maschinenorgane, bevorzugt zur kollisionsfreien Synchronisierung der Maschinenorgane zueinander in einem Synchronisationsbetrieb, beispielsweise während einer Erst- oder Wiederinbetriebnahme der Verpackungsmaschine, eine Datenkontur verwendet wird, die (als Teilmenge desselben) in einem bzw. dem Datenraum, der (insbesondere sämtliche) mögliche Relativstellungen der Antriebe abbildet, eine Kollisionszone begrenzt, die in dem Datenraum diejenigen Relativstellungen der Antriebe umfasst, bei denen die Maschinenorgane miteinander und/oder mit von den Maschinenorganen gehandhabten Produkten kollidieren können.
Indem erfindungsgemäß demnach zur bzw. im Rahmen der Steuerung der Bewegungen der Maschinenorgane eine sich innerhalb des genannten Datenraums befindliche, die Kollisionszone begrenzende Datenkontur verwendet wird, ist es möglich, hierfür im Vergleich zu den Lösungen des Standes der Technik auf einen Großteil der Datenmenge des Datenraums zu verzichten und nur die Daten der Datenkontur zu verwenden. Hierdurch werden die Anforderungen an die Rechenleistungen der Steuerungseinrichtung der Verpackungsmaschine massiv reduziert. Es ist dabei beispielsweise möglich, zunächst den Datenraum offline bzw. außerhalb des Betriebs der Verpackungsmaschine zu erzeugen, daraus die die Kollisionszone begrenzende Datenkontur abzuleiten und im Steuerungsbetrieb der Maschine ausschließlich die Datenkontur zu verwenden. Wobei dies naturgemäß nicht ausschließt, den Datenraum auch online bzw. im Betrieb der Verpackungsmaschine zu erzeugen und dennoch für die eigentliche Bewegungsteuerung dann nur die Datenkontur zu verwenden.
Zur Vereinfachung der Darstellung wird im Rahmen dieser Anmeldung jeweils von Beispielen ausgegangen, in denen sich jeweils die Bewegungsbahnen von zwei Maschinenorganen überschneiden. Es versteht sich aber, dass sich die erfindungsgemäßen Konzepte auch ohne Weiteres auf Konstellationen mit mehr als zwei solcher Maschinenorgane übertragen lassen.
Vorzugsweise bildet die Datenkontur in dem Datenraum eine Grenze, insbesondere eine Grenzlinie, zwischen der Kollisionszone und einer Nicht-Kollisionszone, die in dem Datenraum diejenigen Relativstellungen der Antriebe umfasst, bei denen die Maschinenorgane nicht miteinander und/oder mit von den Maschinenorganen gehandhabten Produkten kollidieren können. Die Grenze kann dabei vorzugsweise die Kollisionszone und/oder die Nicht-Kollisionszone umgeben oder umschließen.
Dabei kann die Datenkontur Bestandteil der Nicht-Kollisionszone sein und die äußere Grenze der Nicht-Kollisionszone zur Kollisionszone bilden oder alternativ Bestandteil der Kollisionszone sein und die äußere Grenze der Kollisionszone zur Nicht- Kollisionszone bilden.
Was konkret die Datenkontur betrifft, so können diese bzw. die zu der Datenkontur gehörenden Daten dabei insbesondere automatisch aus dem die Kollisionszone und die Nicht-Kollisionszone umfassenden Datenraum abgeleitet, extrahiert und danach in einem vorzugsweise einer oder der Steuerung der Verpackungsmaschine zugeordneten elektronischen Speicher hinterlegt werden.
Die Erzeugung des Datenraums kann vorzugsweise computergestützt erfolgen. Dabei werden bevorzugt die Kollisionszone und/oder die Nicht-Kollisionszone als jeweilige Teilmenge des Datenraums definiert. Die die Kollisionszone begrenzende Datenkontur bzw. die zu der Datenkontur gehörenden Daten können ebenfalls als Teilmenge insbesondere automatisch aus dem die Kollisionszone und die Nicht-Kollisionszone umfassenden Datenraum abgeleitet, extrahiert und danach in einem bevorzugt der Steuerung der Verpackungsmaschine zugeordneten elektronischen Speicher hinterlegt werden.
Im Rahmen der Erzeugung des Datenraums sowie der Definition der Kollisionszonen, der Nicht-Kollisionszonen und der Datenkontur in dem Datenraum kann ein (zumindest) die Antriebe und die Maschinenorgane abbildendes, digitales Simulationsmodell der Verpackungsmaschine erstellt und/oder verwendet werden (die Erstellung kann beispielsweise mittels eines Simulationsprogramms erfolgen), wobei mittels des Simulationsmodells unterschiedliche Relativstellungen der Antriebe und die sich bei diesen Relativstellungen einstellenden Zustände der Verpackungsmaschine, bevorzugt mittels des Simulationsprogramms, simuliert werden, insbesondere der Maschinenorgane. Die Datenkontur und/oder der Datenraum können dabei die Relativstellungen der Antriebe über bevorzugt auf Drehwinkeln der Antriebe basierende Koordinaten abbilden, vorzugsweise als eine oder mehrere Tabellen, Listen, Arrays, konvexe Hüllen und/oder Fourierparameter.
Es ist auch denkbar, dass die Datenkontur die Relativstellungen der Antriebe über bevorzugt auf Drehwinkeln dieser Antriebe basierenden mathematischen Funktionsgleichungen abbildet.
Die Datenkontur könnte im Übrigen bevorzugt die Relativstellungen von jeweils zwei Antrieben über feste Koordinatenpaare von insbesondere auf Drehwinkeln dieser Antriebe basierenden Koordinaten abbilden.
Vorzugsweise werden dann für die Steuerung der Antriebe und/oder für die Errechnung des kollisionsfreien Verfahrwegs keine Koordinatenpaare freigegeben, die auf der Datenkontur liegen bzw. die auf der Datenkontur liegenden Koordinatenpaare werden hierfür gesperrt, sodass die Antriebe im Rahmen der Steuerung und/oder im Rahmen der Errechnung des kollisionsfreien Verfahrwegs keine Relativstellungen einnehmen können, die gesperrten Koordinatenpaaren entsprechen.
Was die konkrete Steuerung der Antriebe mit Hilfe der Datenkontur betrifft, so ist denkbar, dass die aktuelle Ist-Relativstellung der Antriebe, insbesondere mittels geeigneter Sensoren, vorzugsweise kontinuierlich oder periodisch abgefragt wird, und dass geprüft wird, ob diese Ist-Relativstellung einer Relativstellung entspricht, die auf der Datenkontur liegt.
Für den Fall, dass diese Ist-Relativstellung einer Relativstellung entspricht, die auf der Datenkontur liegt, kann dann beispielsweise ein Signal erzeugt werden, das von der Steuerung weiterverarbeitet wird, beispielsweise ein Fehlersignal.
Insbesondere kann in einer konkreten Umsetzung des erfindungsgemäßen Grundgedankens vorgesehen sein, dass die aktuelle Ist-Relativstellung der Antriebe abgefragt wird, insbesondere mittels geeigneter Sensoren, wie etwa Drehwinkelgebern. Für den Fall, dass die Ist-Relativstellung von einer vorbestimmten, insbesondere in einem Speicher hinterlegten Synchronstellung der Antriebe abweicht, kann dann automatisch ein kollisionsfreier Verfahrweg errechnet werden, entlang dem die Antriebe durch Bewegen eines oder mehrerer der Antriebe aus der Ist-Relativstellung in eine einer Synchronstellung der Antriebe entsprechende Synchron-Relativstellung überführt werden können, und zwar ohne dass dabei die aktuellen Relativstellungen der Antriebe die Datenkontur berühren bzw. einen Wert annehmen, der auf der Datenkontur liegt.
Dabei können die Antriebe durch Bewegen eines oder mehrerer Antriebe entlang dieses Verfahrwegs in die Synchron-Relativstellung überführt werden.
Zweckmäßigerweise sind dabei die Maschinenorgane, wenn sich die diese antreibenden Antriebe, insbesondere vor bzw. bei Beginn eines Normalbetriebs der Antriebe und/oder der Maschine, in der Synchron-Relativstellung befinden, derart zueinander ausgerichtet, dass bei nachfolgender synchronisierter Steuerung der Antriebe, insbesondere während eines Normalbetriebs der Antriebe und/oder der Maschine, ein kollisionsfreier Betrieb auch im Überschneidungsbereich der Maschinenorgane möglich ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Antriebe, nachdem sich die Antriebe dann in der Synchron-Relativstellung befinden, in einen Normalbetrieb versetzt werden, in dem sie vorzugsweise gemäß vorbestimmten, in einem Speicher hinterlegten Bewegungsgesetzen insbesondere taktweise oder kontinuierlich synchronisiert gesteuert werden.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patent- ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie aus den beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigt:
Fig. 1 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäß gesteuerten
Verpackungsmaschine zur Herstellung von Packungen für Tabakprodukte mit mehreren unabhängigen Antrieben, die Maschinenorgane bewegen, wobei sich in einem ersten Überschneidungsbereich die Bewegungsbahnen von zwei Maschinenorganen überschneiden und in einem zweiten Überschneidungsbereich die Bewegungsbahn eines Maschinenorgans mit der Bewegungsbahn von Produkten, die von einem Maschinenorgan bewegt werden,
Fig. 2 eine Seitenansicht auf die Verpackungsmaschine entlang der
Blickrichtung II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht auf die Verpackungsmaschine entlang der
Blickrichtung III in Fig. 2,
Fig. 4, 5 exemplarische Visualisierungen eines Datenraums gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 6, 7 exemplarische Visualisierungen eins Datenraums gemäß der vorliegenden Erfindung mit darin definierten Datenkonturen,
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Schaltungsaufbaus zur
Energieversorgung der Verpackungsmaschine.
Die vorstehend dargestellten erfindungsgemäßen Zusammenhänge werden nachfolgend zunächst anhand einer speziellen Verpackungsmaschine erläutert (Fig. 1 - 3), nämlich einer Verpackungsmaschine 10 zur Verpackung von Zigaretten 11 bzw. zur Herstellung von Zigarettenpackungen mit Zigaretten 11 als Packungsinhalt, die zu diesem Zweck nur ausschnittsweise dargestellt ist. Verpackungsmaschinen für Zigaretten oder andere Produkte sind dem Fachmann bekannt und werden daher vorliegend nicht näher beschrieben. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren auch bei anderen Arten von Verpackungsvorrichtungen bzw. Verpackungsmaschinen anwendbar ist.
Weiter versteht es sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren in allen Bereichen einer Verpackungsmaschine angewandt werden kann, in denen sich zwei oder noch mehr von (motorischen) Antrieben angetriebene Maschinenorgane der Verpackungsmaschine auf Bewegungsbahnen in einem Arbeitsraum bewegen, in dem es in einem Überschneidungsbereich zu Kollisionen eines sich bewegenden Maschinenorgans mit einem anderen sich bewegenden Maschinenorgan oder mit von den Maschinenorganen gehandhabten Produkten kommen kann.
Es ist in der Fig. 1 ein Teil der Verpackungsmaschine 10 gezeigt, in dem in einem ersten Bereich Zigaretten 11 durch von einem Antrieb C im Maschinentakt hin und her bewegte, vorliegend als Einstößer 12 ausgebildete Maschinenorgane gruppen- und taktweise aus einem Zigarettenmagazin 13 in positionsgenau bereitgehaltene, von einem Antrieb A taktweise (weiter-)bewegte, vorliegend als Taschen 14 eines umlaufenden Taschenförderers 15 ausgebildete Maschinenorgane gestoßen oder geschoben werden. Die Bewegungsbahn der Zigarettengruppen und die Bewegungsbahn der Taschen 14 schneiden sich dabei in einem Überschneidungsund Übernahmebereich 18, in dem es beispielsweise bei fehlerhafterweise nicht positionsgenauer, beispielsweise seitlich zu stark versetzter Ausrichtung der Taschen 14 zu einer Kollision der jeweiligen Zigarettengruppe mit einer der Taschenwände der Taschen 14 kommen kann.
Der Taschenförderer 15 fördert die Zigarettengruppen im Weiteren taktweise in Richtung eines umlaufenden Mitnehmerförderers 16, der über einzelne, von einem Antrieb B bewegte, vorliegend als Mitnehmer 17 ausgebildete Maschinenorgane verfügt, die sich auf einer quer zu der Förderebene der Taschen 14 verlaufenden Förderbahn bewegen.
In einem weiteren Überschneidungs- und Übernahmebereich 22, in dem sich die Förder- bzw. Bewegungsbahn der Taschen 14 und die Förder- bzw. Bewegungsbahn der Mitnehmer 17 schneiden, wird jeweils ein oberes, an die Innenkontur der jeweiligen Tasche 14 angepasstes Mitnehmerteil 21 eines der Mitnehmer 17 durch eine jeweils bereitgehaltene Tasche 14 längs hindurchbewegt und fördert dabei die in der Tasche 14 befindliche Zigarettengruppe (unter Mitnahme derselben) quer zur Förderebene der Taschen 14 aus der Tasche 14 in Richtung einer nachfolgenden Wickelstation 19, in der dann ein Innenzuschnitt 20 auf die Zigarettengruppe gelegt und um diese gefaltet wird. Auch in dem Überschneidungs- und Übernahmebereich 22 kann es zu Kollisionen kommen, beispielsweise zu einer Kollision eines Mitnehmers 17 mit einer bereitgehaltenen Tasche 14 bzw. einer Taschenwand derselben bei fehlerhafterweise, nicht positionsgenauer Ausrichtung der Taschen 14 relativ zu den Mitnehmern 17 bzw. den oberen Mitnehmerteilen 21.
Die Antriebe A, B, C sind individuell ansteuerbar und vorliegend jeweils als Servoantriebe mit Servomotor und entsprechender Lageregelung ausgelegt.
Die Einstößer 12, die Taschen 14 (ggf. auch der gesamte Taschenförderer 15) und die Mitnehmer 17 (ggf. auch der gesamte Mitnehmerförderer 16) können die von den Antrieben C, A bzw. B bewegten Maschinenorgane bilden, die sich auf Bewegungsbahnen bewegen, die sich überschneiden. Die Antriebe A, B bilden dabei eine erste Gruppe von Antrieben der Verpackungsmaschine 10, deren von ihnen angetriebenen Maschinenorgane sich in einem Überschneidungsbereich schneiden, und die nach einem Stillstand der Maschine 10, insbesondere vor einer Erst- und/oder Wiederinbetriebnahme derselben, gegebenenfalls synchronisiert werden müssen. Die Antriebe A, C bilden entsprechend eine zweite solche Gruppe.
Naturgemäß ist die Erfindung nicht auf die vorgenannten speziellen Maschinenorgane beschränkt. Vielmehr können sämtliche denkbaren, von Antrieben jeweils bewegten Maschinenorgane von der Erfindung umfasst sein, deren Bewegungsbahnen sich in einem Überschneidungsbereich schneiden.
Wie erwähnt könnten sich insbesondere (aber nicht nur) bei einer Erst- oder Wiederinbetriebnahme der Verpackungsmaschine 10 besondere Probleme stellen. So kann es passieren, dass die Antriebe A, B, C und entsprechend die Maschinenorgane 12, 14, 17 zueinander in Undefinierten, nicht synchronisierten Stellungen stehen, was es erforderlich macht, vor dem Start der Maschine in den Normalbetrieb, die Maschinenorgane 12, 14, 17 bzw. die sie bewegenden Antriebe A, B, C zu synchronisieren, um Kollisionen zu verhindern. Für einen späteren kollisionsfreien (Regel-)Betrieb der Verpackungsmaschine 10 ist es demnach in einer solchen Situation erforderlich, die Maschinenorgane 12, 14, 17 zuvor auszurichten und dabei in definierte Ausgangsstellungen bzw. Synchronstellungen zu überführen.
Aufgrund der sich in der jeweiligen Gruppe grundsätzlich überschneidenden Bewegungsbahnen der Maschinenorgane 12, 14 bzw. 14, 17 besteht dabei allerdings im Rahmen eines solchen Ausrichtungsprozesses ein erhebliches Risiko von unerwünschten Kollisionen der Maschinenorgane 12, 14 bzw. 14, 17.
Um ein möglichst sicheres Überführen der Maschinenorgane 12, 14 bzw. 14, 17 in ihre Synchronstellungen zu ermöglichen, wird die Verpackungsmaschine 10 daher im vorliegenden Fall vor dem regulären Normalbetrieb der Verpackungsmaschine 10 in einem gesonderten, automatischen Synchronisationsbetrieb in besonderer Weise gesteuert.
Anhand der Ist-Stellungen wird durch Vergleich mit in einem einer Steuerung 25 der Verpackungsmaschine 10 zugeordneten Datenspeicher 25a hinterlegten Synchronstellungen (diese bilden Sollpositionen bzw. Solldrehwinkel für die Antriebe A, B und C) von der Steuerung 25 geprüft, ob sich die Antriebe A, B, C bereits in einer Synchronstellung befinden. Falls dies so ist, kann unmittelbar der Normalbetrieb der Verpackungsmaschine 10 starten.
Falls nicht, ist vorgesehen, einen kollisionsfreien Verfahrweg für die Antriebe A, B bzw. C zu ermitteln, entlang dem die Antriebe A, B bzw. C durch Bewegen mindestens eines der Antriebe in die Synchronstellung überführen werden können.
Hierzu wird erfindungsgemäß zunächst (insbesondere, aber nicht zwingend vor Inbetriebnahme der Vorrichtung 10) ein Satz von den Arbeitsraum der Maschinenorgane 12, 14, 17 bzw. der Antriebe A, B, C abdeckenden Daten erzeugt, nämlich ein Datenraum 23.
Dieser Datenraum 23 bildet die möglichen Relativstellungen der Antriebe A, B, C ab. Vorliegend beispielsweise mittels Kombinationen von Drehwinkelpositionen der Wellen der bevorzugt als Servomotoren ausgebildeten Antriebe A, B, C, die die Maschinenorgane 12, 14, 17 jeweils antreiben, wobei die Drehwinkel die Koordinaten in dem Datenraum 23 bilden.
Der Datenraum 23 kann im Ergebnis beispielsweise als (ggf. auch mehrdimensionale, insbesondere dreidimensionale) Tabelle in der Steuerung der Maschine oder einem der Steuerung zugeordneten Datenspeicher hinterlegt sein, vgl. Fig. 4 - 7. Der Datenraum 23 beschreibt mittelbar auch die entsprechenden Relativpositionen der Maschinenorgane 12, 14, 17 in deren Arbeitsraum zueinander.
Als Teilmenge des Datenraums 23 bzw. der in der entsprechenden Tabelle hinterlegten Daten ist es im Stand der Technik bekannt, vgl. Fig. 4 und 5, zum einen ein Tabellen- bzw. Datenraumbereich 23.1 zu definieren - Nicht-Kollisionszone -, in dem sichergestellt ist, dass bei den dem Tabellenbereich 23.1 zugeordneten Kombinationen an Drehwinkeln bzw. Positionen der Wellen der Antriebe die Maschinenorgane 12, 14, 17 bzw. die von diesen ggf. gehandhabten Produkte (Zigarettengruppen) keine Kollisionsstellungen einnehmen. Beispielsweise, weil sich die Maschinenorgane 12, 14, 17 sowie zudem die gehandhabten Zigarettengruppen bei diesen Drehwinkelkombinationen sicher außer Eingriff befinden bzw. entsprechende Abstände voneinander aufweisen.
Als weitere Teilmenge wird ein Datenraumbereich 23.3 definiert - Produktkollisionszone -, bei dem sicher ist, dass bei den dort enthaltenen Kombinationen an Drehwinkeln speziell eine Kollision der von dem Maschinenorgan 12, vorliegend nämlich dem Einstößer gehandhabten Produkte, also der Zigarettengruppen, mit einer Tasche 14 erfolgt.
Als weitere Teilmenge wird ein Datenraumbereich 23.4 definiert Maschinenorgankollisionszone -, bei dem sicher ist, dass bei den dort vorliegenden Kombinationen an Drehwinkeln speziell eine Kollision des Mitnehmers 17 mit einer Tasche 14 erfolgt (wie dies in der Konstellation der Fig. 3 der Fall wäre).
Schließlich wird als weitere Teilmenge ein Datenraumbereich 23.2 definiert kollisionsnahe Zone -, in dem bei den dort vorliegenden Kombinationen an Drehwinkeln eine Kollision zwar nicht sicher ist, aber akut droht, da die entsprechenden Werte nahe an Kombinationen von Werten entweder des Datenraumbereichs 23.3 oder 23.4 liegen.
Aus den Werten des Datenraums 23 können dann beispielsweise computergestützt unmittelbar ein oder mehrere Verfahrwege für die Maschinenorgane 12, 14, 17 aus der Ist-Relativstellung in eine Synchronrelativstellung erzeugt bzw. errechnet werden, bei denen sichergestellt ist, dass keine Kollisionen auftreten sollten, wenn diese Verfahrwege ausschließlich Wertekombinationen umfassen, die in der Nicht- Kollisionszone 23.1 liegen bzw. keine Wertekombinationen, die in der Produkt- oder Maschinenorgankollisionszone 23.3 bzw. 23.4 oder in der kollisionsnahen Zone 23.2 liegen.
Die Anzahl der Daten und die Rechenleistung, die dabei zur Berechnung des Verfahrwegs benötigt wird, ist erheblich.
Deshalb sieht die Erfindung unter anderem vor, abweichende Teilmengendefinitionen innerhalb des Datenraums 23 vorzunehmen, vgl. Fig. 6 und 7.
Es werden im vorliegenden Beispiel drei Datenraumbereiche definiert, nämlich zum einen eine Kollisionszone 23.5, in der zu befürchten ist, dass Kollisionen auftreten können. Des Weiteren ein Grenzbereich 24 - Datenkontur -, vorliegend eine Grenzlinie, die jeweils im Ergebnis nach Art einer Konturlinie die Kollisionszone 23.5 begrenzt und vorliegend eine einen dritten Datenraumbereich bildende Nicht-Kollisionszone 23.6 einschließt. Die Datenkontur 24 grenzt die Kollisionszone 23.5 dabei von der Nicht- Kollisionszone 23.6 ab, in der zumindest im vorliegenden Beispiel sichergestellt ist, dass keine Kollisionen auftreten können.
Die Datenkontur 24 ist dabei (äußerer) Bestandteil der Nicht-Kollisionszone 23.6, sie kann theoretisch aber auch (äußerer) Bestandteil der Kollisionszone 23.5 sein.
Ausgehend hiervon ist es möglich, für die Ermittlung der Verfahrwege und entsprechend auch für die Steuerung der Maschinenorgane 12, 14, 17 nur einen geringen Teil der Daten des Datenraums 23 zu verwenden, nämlich die Daten der Datenkontur 24, die dann zu diesem Zweck aus dem wie vorstehend beschrieben erzeugten Datenraum 23 extrahiert werden und beispielsweise als Drehwinkel- Koordinatenpaare 36 in dem Speicher 25a hinterlegt werden, vgl. Fig. 2.
Entsprechend kann mittels im Stand der Technik bekannter Sensoren, wie etwa Drehwinkelgebern, zunächst die aktuelle Ist-Relativstellung (als Kombination der jeweiligen Ist-Drehwinkel) der Antriebe A, B, C abgefragt werden, und dann für den Fall, dass die Ist-Relativstellung von einer vorbestimmten, ggf. ebenfalls in dem Speicher 25a hinterlegten Synchronstellung der Antriebe A, B, C abweicht, automatisch ein kollisionsfreier Verfahrweg errechnet werden, entlang dem die Antriebe A, B, C durch Bewegen eines oder mehrerer der Antriebe A, B, C aus der Ist- Relativstellung in eine einer Synchronstellung der Antriebe A, B, C entsprechende Synchron-Relativstellung überführt werden können, und zwar mit der Maßgabe, dass dabei die aktuellen Relativstellungen der Antriebe die Datenkontur 24 nicht berühren bzw. keinen Wert annehmen, der auf der Datenkontur liegt.
Anschließend können die Antriebe A, B, C durch Bewegen eines oder mehrerer Antriebe A, B, C entlang dieses Verfahrwegs in die Synchron-Relativstellung überführt werden.
In einfachster Form kann die Berechnung des Verfahrwegs (unter Heranziehung geeigneter Algorithmen) insbesondere computergestützt nahezu ausschließlich auf Basis der Datenkontur 24 erfolgen, ohne dass zumindest weitere Daten über die Nicht- Kollisionszone 23.6 bzw. die Kollisionszone 23.5 erforderlich sind. Im Rahmen der Berechnung würden die Daten, die auf der Datenkontur 24 liegen, entsprechend als unzulässig bzw. als gesperrt/nicht freigegeben bewertet werden.
Was die Erzeugung der Daten des Datenraums 23 betrifft, die Definition der Kollisionszone 23.5, die Definition der Nicht-Kollisionszone 23.6 und die Ableitung der Datenkontur 24 hieraus (bzw. das Definieren bzw. Legen der Grenzkontur um die Kollisionszone), so können diese Maßnahmen allgemein gesprochen insbesondere automatisch oder teilautomatisch beispielsweise mittels eines auf einem Rechner ablaufenden Simulationsprogramms erfolgen, das unter anderem die Bewegungen oder Positionen der sich bewegenden Maschinenorgane 12, 14, 17 bzw. der von diesen gehandhabten Produkte in dem Arbeitsraum simulieren kann.
Die Steuerung 25 der Maschine 10 oder entsprechende andere/weitere Steuerungen der Antriebe A, B, C der Maschinenorgane 12, 14, 17 können dann entweder auf diese Daten zugreifen oder diese Daten werden ihnen übermittelt.
Denkbar ist auch weiter, dass das Simulationsprogramm ein digitales Abbild (digitaler Zwilling) der Maschine 10 oder eines mindestens die sich bewegenden Maschinenorgane 12, 14, 17 umfassenden Vorrichtungsbereichs erstellt. In besonderer Weise erfolgt die Energieversorgung der Verpackungsmaschine 10 und insbesondere der Servomotoren, die die Maschinenorgane 12, 14, 17 antreiben. Dabei versteht es sich, dass eine solche Energieversorgung nicht auf den vorliegenden Fall beschränkt ist, sondern auch in anderen Konstellationen, insbesondere für andere Maschinen und Maschinenarten etc., eingesetzt werden kann.
Grundsätzlich wird für die Energieversorgung jeder Maschine eine möglichst stabile Spannungsversorgung benötigt. Allerdings kann die allgemeine Netz- /Versorgungsspannung 27 bekanntermaßen ungünstigerweise variieren.
Aus diesem Grund ist vorgesehen, die Netz-/Versorgungsspannung 27 durch einen Anpasstransformator 26 in eine konstante AC-Betriebsspannung (Wechselspannung), beispielsweise 3 x 400 V, umzuwandeln, vergleiche Fig. 8.
Diese konstante AC-Betriebsspannung wird dann in einem Hauptkreis 37 zur Verfügung gestellt, an den eine oder mehrere Maschinenmodule 33 einer Maschine, wie etwa die Verpackungsmaschine 10, angeschlossen sein können.
Jedes Maschinenmodul 33 kann beispielsweise unter anderem Servosysteme 28 umfassen, jeweils mit einem oder mehreren Servomotoren 29, Servostellern 30 und Power Supply bzw. Netzteil 31, sowie gegebenenfalls weitere Verbraucher 32.
Das Power Supply 31 des jeweiligen Servosystems 28 wandelt ganz allgemein die ihm zur Verfügung gestellte AC-Spannung in eine DC-Spannung für den jeweiligen Servosteller 30 um. Insbesondere, wenn es sich bei den Servosystemen 28 um sogenannte Multiachs-Servosysteme mit mehreren Servomotoren 29 handelt, besteht allerdings die Gefahr, dass die DC-Spannung unter den hohen Lasten im Betrieb einbricht bzw. zusammenbricht. Dies würde für eine Verschiebung der Motorkennlinien des jeweiligen, an den Servosteller 30 angeschlossenen Servomotors 29 sorgen, sodass das Spitzenmoment nur noch bis zu einer reduzierten Drehzahl des Servomotors 29 zur Verfügung stehen würde.
Ziel ist es aber naturgemäß, dass der jeweilige Servomotoren 29 seine maximale Drehzahl auch unter Spitzenlast erreicht. Um dieses Problem zu lösen, ist vorgesehen, die DC-Spannung des Zwischen- oder Arbeitskreises 38, die den Servosystemen 28 zur Verfügung gestellt wird, bewusst gegenüber der Betriebsspannung des Hauptkreises 37, die der Anpasstransformator 26 zur Verfügung stellt, zu erhöhen. Hierfür ist vorliegend ein zweiter Transformator 34 vorgesehen (Spartransformator), der die AC-Betriebsspannung des Hauptkreises 37, beispielsweise 3 x 400 V, vgl. oben, erhöht auf beispielsweise 3 x 460 V.
Dementsprechend steht am Eingang des Servosystems 28 dann dem Power Supply 31 eine erhöhte AC-Spannung zur Verfügung, die das Power Supply 31 entsprechend in eine erhöhte DC-Spannung wandelt. Durch die dem Servosteller 30 bzw. den
Servomotoren 29 bereitgestellte höhere DC-Spannung verschiebt sich die jeweilige Motorkennlinie des jeweiligen Servomotors 29, sodass die Spitzenlast auch bei maximaler Drehzahl erreicht werden kann. Alternativ zu dem zweiten Transformator 34 oder in Kombination mit diesem kann im Übrigen auch eine Drossel 35 eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
10 Verpackungsmaschine 35 Drossel
11 Zigaretten 36 Drehwinkelkoordinatenpaare
12 Einstößer 37 Hauptkreis
13 Zigarettenmagazin 38 Zwischenkreis/Arbeitskreis
14 Taschen
15 Taschenförderer
16 Mitnehmerförderer
17 Mitnehmer
18 Überschneidungsbereich
19 Wickelstation
20 Innenzuschnitt
21 Mitnehmerteil
22 Überschneidungsbereich
23 Datenraum
23.1 Nicht-Kollisionszone
23.2 kollisionsnahe Zone
23.3 Produktkollisionszone
23.4 Maschinenorgankollisionszone
23.5 Kollisionszone
23.6 Nicht-Kollisionszone
24 Datenkontur
25 Steuerung
25a Datenspeicher
26 Anpasstransformator
27 Netz-/Versorgungsspannung
28 Servosysteme
29 Servomotoren
30 Servosteller
31 Power Supply
32 Verbraucher
33 Maschinenmodule
34 T ransformator

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur (automatischen) Steuerung einer Verpackungsmaschine zur Herstellung von Verpackungen, bevorzugt zur Herstellung von Verpackungen für rauchbare Produkte der Tabakindustrie, mit jeweils mindestens zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren, bevorzugt als Servoantriebe ausgebildeten Antrieben (A, B, C), die jeweils ein Maschinenorgan der Verpackungsmaschine antreiben und sich in einem Überschneidungsbereich schneiden, in dem die Maschinenorgane (12, 14, 17) miteinander oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren könnten, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Steuerung der Verpackungsmaschine, insbesondere der Steuerung der Bewegung der Maschinenorgane (12, 14, 17), bevorzugt zur kollisionsfreien Synchronisierung der Maschinenorgane (12, 14, 17) zueinander in einem Synchronisationsbetrieb, eine Datenkontur (24) verwendet wird, die in einem Datenraum (23), der (insbesondere sämtliche) mögliche Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) abbildet, eine Kollisionszone begrenzt, die in dem Datenraum (23) diejenigen Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) umfasst, bei denen die Maschinenorgane (12, 14, 17) miteinander und/oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren können.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkontur (24) in dem Datenraum (23) eine Grenze bildet, insbesondere eine Grenzlinie, zwischen der Kollisionszone und einer Nicht-Kollisionszone, die in dem Datenraum
(23) diejenigen Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) umfasst, bei denen die Maschinenorgane (12, 14, 17) nicht miteinander und/oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren können, insbesondere, eine die die Kollisionszone und/oder die Nicht-Kollisionszone umgebende oder einschließende Grenze.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkontur
(24) Bestandteil der Nicht-Kollisionszone ist und die äußere Grenze der Nicht- Kollisionszone zur Kollisionszone bildet, oder dass die Datenkontur (24) Bestandteil der Kollisionszone ist und die äußere Grenze der Kollisionszone zur Nicht- Kollisionszone bildet.
4. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Ist-Relativstellung der Antriebe (A, B, C), insbesondere mittels geeigneter Sensoren, vorzugsweise kontinuierlich oder periodisch abgefragt wird, und dass geprüft wird, ob diese Ist-Relativstellung einer Relativstellung entspricht, die auf der Datenkontur (24) liegt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass diese Ist-Relativstellung einer Relativstellung entspricht, die auf der Datenkontur (24) liegt, ein Signal erzeugt wird, insbesondere ein Fehlersignal.
6. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Ist-Relativstellung der Antriebe (A, B, C) abgefragt wird, insbesondere mittels geeigneter Sensoren, und dass für den Fall, dass die Ist-Relativstellung von einer vorbestimmten, insbesondere in einem Speicher hinterlegten Synchronstellung der Antriebe (A, B, C) abweicht, automatisch ein kollisionsfreier Verfahrweg errechnet wird, entlang dem die Antriebe (A, B, C) durch Bewegen eines oder mehrerer der Antriebe (A, B, C) aus der Ist-Relativstellung in eine einer Synchronstellung der Antriebe (A, B, C) entsprechende Synchron-Relativstellung überführt werden können, ohne dass dabei die aktuellen Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) die Datenkontur (24) berühren bzw. einen Wert annehmen, der auf der Datenkontur (24) liegt, und dass die Antriebe (A, B, C) durch Bewegen eines oder mehrerer Antriebe (A, B, C) entlang dieses Verfahrwegs in die Synchron- Relativstellung überführt werden.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenorgane (12, 14, 17), wenn sich die diese antreibenden Antriebe (A, B, C), insbesondere vor bzw. bei Beginn eines Normalbetriebs der Antriebe (A, B, C) und/oder der Maschine, in der Synchron-Relativstellung befinden, derart zueinander ausgerichtet sind, dass bei nachfolgender synchronisierter Steuerung der Antriebe (A, B, C), insbesondere während eines Normalbetriebs der Antriebe (A, B, C) und/oder der Maschine, ein kollisionsfreier Betrieb auch im Überschneidungsbereich der Maschinenorgane (12, 14, 17) möglich ist.
8. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (A, B, C), nachdem sich die Antriebe (A, B, C) in der Synchron-Relativstellung befinden, in einen Normalbetrieb versetzt werden, in dem sie vorzugsweise gemäß vorbestimmten, in einem Speicher hinterlegten Bewegungsgesetzen insbesondere taktweise oder kontinuierlich synchronisiert gesteuert werden.
9. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenraum (23), der die möglichen Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) abbildet, insbesondere computergestützt erzeugt wird, wobei die Kollisionszone und/oder die Nicht-Kollisionszone als jeweilige Teilmenge des Datenraums (23) definiert werden, und dass die die Kollisionszone begrenzende Datenkontur (24) bzw. die zu der Datenkontur (24) gehörenden Daten ebenfalls als Teilmenge insbesondere automatisch aus dem die Kollisionszone und die Nicht-Kollisionszone umfassenden Datenraum (23) abgeleitet, extrahiert und danach in einem bevorzugt einer Steuerung der Verpackungsmaschine zugeordneten elektronischen Speicher hinterlegt werden.
10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass ein (zumindest) die Antriebe (A, B, C) und die Maschinenorgane (12, 14, 17) abbildendes, digitales Simulationsmodell der Verpackungsmaschine erstellt wird, insbesondere mittels eines Simulationsprogramms, und/oder verwendet wird, dass mittels des Simulationsmodells unterschiedliche Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) und die sich bei diesen Relativstellungen einstellenden Zustände der Verpackungsmaschine, bevorzugt mittels des Simulationsprogramms, simuliert werden, insbesondere der Maschinenorgane (12, 14, 17), und dass der Datenraum (23) sowie die Definition der Kollisionszone, der Nicht- Kollisionszone und der Datenkontur (24) in dem Datenraum (23) auf Basis dieser Simulationen erfolgt.
11. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkontur (24) und/oder der Datenraum (23) die Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) über bevorzugt auf Drehwinkeln der Antriebe (A, B, C) basierende Koordinaten abbildet, vorzugsweise als eine oder mehrere Tabellen, Listen, Arrays, konvexe Hüllen und/oder Fourierparameter. 12. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkontur (24) die Relativstellungen von jeweils zwei Antrieben (A, B, C) über feste Koordinatenpaare von bevorzugt auf Drehwinkeln dieser Antriebe (A, B, C) basierenden Koordinaten abbildet.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuerung der Antriebe (A, B, C) und/oder für die Errechnung des kollisionsfreien Verfahrwegs keine Koordinatenpaare freigegeben sind, die auf der Datenkontur (24) liegen, bzw. dass die auf der Datenkontur (24) liegenden Koordinatenpaare hierfür gesperrt sind, sodass die Antriebe (A, B, C) im Rahmen der Steuerung und/oder im Rahmen der Errechnung des kollisionsfreien Verfahrwegs keine Relativstellungen einnehmen können, die gesperrten Koordinatenpaaren entsprechen.
14. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenkontur (24) die Relativstellungen der Antriebe (A, B, C) über bevorzugt auf Drehwinkeln dieser Antriebe (A, B, C) basierenden mathematischen Funktionsgleichungen abbildet.
15. Vorrichtung zur Herstellung von Verpackungen, bevorzugt eine Verpackungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zur Herstellung von Verpackungen für rauchbare Produkte der Tabakindustrie, mit mindestens zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Antrieben (A, B, C) zum Antreiben und Bewegen von jeweils einem Maschinenorgan der Verpackungsmaschine entlang von sich schneidenden Bewegungsbahnen, die sich in einem Überschneidungsbereich schneiden, in dem die Maschinenorgane (12, 14, 17) miteinander oder mit von den Maschinenorganen (12, 14, 17) gehandhabten Produkten kollidieren könnten, wobei der Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung zugeordnet ist oder wobei die Vorrichtung eine solche aufweist, und wobei die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie das Steuerungsverfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausführen kann.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein oder mehrere Merkmale der Ansprüche 1-14.
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