Beschreibung

Vorrichtung zum Bearbeiten einer flächigen Warenbahn sowie Verfahren zum Bearbeiten einer flächigen Warenbahn

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer flächigen Warenbahn sowie auf ein Verfahren zum Bearbeiten einer flächigen Warenbahn.

Mittels einer derartigen Vorrichtung lässt sich beispielsweise eine Papierrolle in einzelne Papierbögen zerteilen. Dabei wird die Papierrolle mittels einer mehrere motorisch getriebenen Antriebsrollen umfassenden Transportvorrichtung einer Schneidevorrichtung zugeführt und von dieser in gleich große Papierbögen zerteilt. Pappschachteln werden aus einer flächigen Warenbahn aus Karton hergestellt. Aus dem Karton werden einzelne Zuschnittsbögen herausgeschnitten. Vor dem Abtrennen der einzelnen Zuschnittsbögen von der Warenbahn werden Perforationen zum späteren Falzen des Zuschnittsbogens in diesen eingebracht. Ein derartiger Zuschnittsbögen ist beispielsweise in der DE 101 06 548 Al beschrieben. Als Schneidevorrichtung und zum Einbringen der Perforationen wird insbesondere ein Querschneider eingesetzt.

Ein derartiger Querschneider und seine Funktionsweise ist in der Firmenschrift von SIEMENS, "Technologie-CPU 317T-2DP, Querschneider mit linearer Schnittkurve auf Basis von dynamisch berechneten Kurvenscheiben", 26.7.2004, beschrieben, die zum Anmeldezeitpunkt unter http : //www . automation . Siemens . com/simatic/regelsysteme/ftp/ anwendungsbeispieleZquerschneider_intro_de.pdf abrufbar ist. Das Schneidemesser des Querschneiders ist an einem rotierenden Zylinder angeordnet, dessen Achse sich mit der Warenbahn nicht mitbewegt. Mittels einer von einer Steuereinheit vorge- gebenen Kurvenscheibe wird die Umdrehungsgeschwindigkeit des rotierenden Zylinders angepasst. Diese Anpassung erfolgt derart, dass während des Schneidevorgangs eine Synchronisation

der Drehbewegung des rotierenden Zylinders mit der Bewegung der Warenbahn erfolgt. Zwischen zwei Schneidvorgängen erfolgt eine Anpassung der Drehgeschwindigkeit auf die Formatlänge. Dabei ist die Formatlänge der Abstand zwischen zwei Schneide- Vorgängen.

Werden mittels der Schneidevorrichtung immer die gleichen Schnittfolgen vorgenommen, so wäre es im Prinzip ausreichend, die Schneidevorrichtung in vorgegebenen Zeitabständen mit ei- ner Steuereinrichtung anzusteuern und mit ihr einen Schnitt oder eine Schnittfolge auszuführen. Jedoch kommt es insbesondere bei langen Warenbahnen zu Positionierungsungenauig- keiten. Daher besteht die Möglichkeit, die Warenbahn mit zueinander beabstandeten Bearbeitungsmarken zu versehen. Dabei handelt es sich insbesondere um so genannte Druckmarken, die auf die Warenbahn aufgedruckt werden. Mittels eines Sensors, insbesondere mittels eines optischen Sensors, werden diese Bearbeitungsmarken detektiert. Anhand der detektierten Bearbeitungsmarken wird eine Korrektur durchgeführt. Dies erfolgt im Falle eines Querschneiders als Bearbeitungseinheit insbesondere durch eine Anpassung der Kurvenscheibe.

Weiterhin besteht bei komplizierten Schnittmustern mit wechselnden Formatlängen die Möglichkeit, den Abstand zwischen zwei Bearbeitungsmarken, den so genannten Formatabstand, mittels eines Sensors automatisch zu erfassen und in Abhängigkeit von dieser Erfassung die Ansteuerung des Querschneiders mittels einer Kurvenscheibe kontinuierlich anzupassen. Es erfolgt also eine automatische Anpassung an variierende Format- längen.

Schließlich besteht die Möglichkeit, die automatische Korrektur mit der automatischen Formatlängenerfassung zu kombinieren. Hierbei werden ein Sensor zur Erkennung des Formatab- Standes und ein zweiter Sensor zur Erkennung einer möglichen Positionierungenauigkeit der Warenbahn eingesetzt. Dabei wird der erste Sensor unmittelbar hinter einer Zwangsführung (An-

triebsrollen) zur Formatlängenerkennung platziert. In Transportrichtung beabstandet vom ersten Sensor ist insbesondere in der Nähe der Schneidevorrichtung der zweite Sensor zur De- tektierung von Positionierungenauigkeiten angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Warenbahn anzugeben, bei der in einfacher Weise sowohl eine Korrektur von Positionierungenauigkeiten als auch eine automatische Formatlängenerkennung er- möglicht ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Hierzu weist die Vorrichtung einen Sensor zur Detektierung der Bearbeitungsmarken auf. In Längs- richtung nach dem Sensor ist eine Bearbeitungseinheit zum zyklischen Bearbeiten der Warenbahn vorgesehen. Weiterhin ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe zwei Ortsinformationen erfasst und miteinander zur Ermittlung eines Korrekturwerts verrechnet werden. Mit der ersten Ortsinfor- mation wird der jeweiligen Bearbeitungsmarke ein Ortswert zugewiesen. Hierzu wird mit einem Sensor die Bearbeitungsmarke erfasst, sobald sie am Sensor vorbeiläuft. Zu diesem Erfassungszeitpunkt wird der aktuelle Ortswert als erste Ortsinformation erfasst und abgelegt. Die zweite Ortsinformation gibt einen Ortswert der Bearbeitungseinheit zum Bearbeitungszeitpunkt an. Die beiden Ortsinformationen sind miteinander korreliert, derart, dass sich aus der Differenz der beiden Ortswerte ein absolutes Längenmaß in Bezug auf die Warenbahn ermitteln lässt. Zur Ermittlung des Korrekturwerts wird er- gänzend ein insbesondere fester Abstandswert (Korrekturwert ungleich null) herangezogen, der den Abstand zwischen dem Sensor und der Bearbeitungseinheit angibt. Weicht die Differenz der beiden Ortswerte von dem Abstandswert ab, so ist eine Korrektur erforderlich. Die Höhe der Korrektur bemisst sich nach der Abweichung. Die Korrektur wird für einen nachfolgenden, insbesondere für den unmittelbar nachfolgenden Bearbeitungsvorgang berücksichtigt. Die Ermittlung des Korrek-

turwerts wird hierbei insbesondere kontinuierlich durchgeführt, bevorzugt wird zu jeder Bearbeitungsmarke der Korrekturwert ermittelt.

Von besonderer Bedeutung hierbei ist, dass eine Ortsinformation der Bearbeitungseinheit zum Bearbeitungszeitpunkt, also beispielsweise zum Zeitpunkt, an dem die Warenbahn geschnitten oder perforiert wird, ermittelt wird. Durch diese zusätzliche Information kann auf rein rechnerischem Weg ermittelt werden, ob beispielsweise das Schneiden exakt an der gewünschten Stelle der Warenbahn erfolgte oder ob das Schneiden zu früh oder zu spät erfolgte und eine Korrektur erforderlich ist. Durch die Heranziehung der zweiten Ortsinformation entfällt die Notwendigkeit für einen zweiten Sensor. Mit der Vorrichtung wird daher vorzugsweise mit nur einem Sensor sowohl eine automatische Formatlängenerkennung als auch eine automatische Längen-Korrektur vorgenommen.

Hierbei ist ausgenutzt, dass eine unabhängige Ansteuerung von Transportvorrichtung und Bearbeitungseinheit erfolgt. Die zweite Ortsinformation der Bearbeitungseinheit in Bezug auf die Warenbahn wird insbesondere zum Bearbeitungszeitpunkt der Warenbahn ermittelt. Bei einem Querschneider als Bearbeitungseinheit ist dies die Durchführung eines Schnittes. Diese Information ist der Steuereinheit bekannt, da diese den Querschneider ansteuert. Die Ortsinformation muss lediglich mit der ersten mit dem Sensor ermittelten Ortsinformation verrechnet werden. Ein zweiter Sensor zum Erfassen eines Korrekturwertes ist daher nicht notwendig. Die Kosten für einen derartigen Sensor werden somit eingespart. Das Ausfallrisiko der Messanordnung halbiert sich, da nur noch ein Sensor statt vorher zwei Sensoren eingesetzt wird.

Weiterhin entfällt daher auch eine Verarbeitung der mit einem derartigen Sensor gemessenen Ortsinformation. Die Steuereinrichtung kann somit einfacher ausgeführt sein. Da die zweite Ortsinformation in der Steuereinrichtung bereits vorliegt,

kann die Steuereinrichtung mit ihrer Steuerlogik demnach auch einfacher und kostengünstiger ausgeführt sein. Die Fehleranfälligkeit der Vorrichtung sinkt, so dass insgesamt ein besseres Schnittergebnis erreicht ist. Das Risiko einer fehler- haften Bearbeitung der Warenbahn, die zu einem Ausschuss und damit zu erhöhten Produktionskosten führt, ist somit herabgesetzt .

Der Sensor ist beispielsweise als Näherungsschalter aus- geführt. So eignet sich ein optischer Näherungsschalter für die Detektierung von als Druckmarken ausgeführten Bearbeitungsmarken. Ein derartiger Näherungsschalter ist kostengünstig und kann in einfacher Weise an die Steuereinheit angeschlossen werden.

Wird die Warenbahn sehr schnell transportiert, so ist die Steuereinheit eingerichtet, Messwerte auch im kHz-Bereich zu verarbeiten .

Zweckmäßig ist die Steuereinheit zur Erfassung eines mit dem Vorschub der Transportvorrichtung korrelierten Zählwerts ausgebildet. Weiterhin schreibt die Steuereinheit als erste Ortsinformation den Zählwert zum Zeitpunkt der Erfassung der Bearbeitungsmarke und als zweite Ortsinformation den Zählwert zum Bearbeitungszeitpunkt fest. Da die Steuereinheit die

Transportvorrichtung ansteuert, liegt die Information über den Vorschub in der Steuereinheit vor. Eine zusätzliche weitere Kosten verursachende Messanordnung für die zweite Ortsinformation ist somit nicht notwendig.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist ein mit der Transportvorrichtung gekoppelter insbesondere inkrementeller Zähler zur Abgabe des Zählwerts vorgesehen. Ein derartiger inkrementeller Zähler ist einfach und kostengünstig reali- sierbar. Außerdem ist er in einer hohen Ortsauflösung im Sub- millimeterbereich ausführbar, so dass eine sehr genaue Ortsinformation bereit gestellt ist.

Vorteilhaft ist die Steuereinheit eingerichtet, die beiden Ortsinformationen in einem internen Speicher zu speichern. Damit können mehrere hintereinander ermittelte Ortsinforma- tionen verarbeitet werden. So ist der Tatsache Rechnung getragen, dass zwischen einer gerade vom Sensor erfassten Bearbeitungsmarke und der Bearbeitungseinheit mehrere weitere Bearbeitungsmarken auf der Warenbahn angeordnet sein können. über eine Speicherung der Ortsinformationen ist eine sukzes- sive Ansteuerung der Bearbeitungseinheit möglich. Außerdem ist auf diese Weise im Fehlerfall eine Speicherung besonders hoher Abweichungen möglich, um weitere Informationen über den Zustand der Vorrichtung zu erhalten.

Bei dem internen Speicher handelt es sich beispielsweise um ein Schieberegister. Dabei werden nur die aktuellen Ortsinformationen für einen kurzen Zeitraum im Speicher gehalten, die jeweils für die momentane Ansteuerung der Transportvorrichtung und der Bearbeitungseinheit von Bedeutung sind. Der Speicher der Steuereinheit muss somit nur wenige Werte aufnehmen und kann daher gering dimensioniert und demnach kostengünstig ausgeführt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Abstandsinfor- mation hinterlegt, die den Ortsabstand zwischen dem Sensor und der Bearbeitungseinheit repräsentiert und die zur Ermittlung des Korrekturwertes herangezogen wird. Dieser Ortsabstand zwischen dem Sensor und der Bearbeitungseinheit ist konstant, da der Sensor und die Bearbeitungseinheit ortsfest sind. Dieser feste Ortsabstand entspricht einem festen Zählwert des Zählers. Dieser Zählwert wird auf die Differenz der Zählwerte der beiden Ortsinformationen addiert, um den Korrekturwert zu ermitteln. Der Korrekturwert ist ein Maß für die Positionierungenauigkeit der Warenbahn.

In einer zweckmäßigen Variante handelt es sich bei der Bearbeitungseinheit um einen Querschneider. Mittels eines Quer-

Schneiders lässt sich eine besonders einfache Bearbeitung der flächigen Warenbahn vornehmen. Bei der Ermittlung einer Posi- tionierungenauigkeit der Warenbahn oder auch beim Erfassen einer Formatlängenänderung wird eine Anpassung der den Quer- Schneider ansteuernden Kurvenscheibe für nachfolgende Bearbeitungsvorgänge errechnet. Der Querschneider wird zum Ausgleich der Positionierungenauigkeit oder zur Formatlängenanpassung mit dieser angepassten Kurvenscheibe angesteuert. Aufgrund der kontinuierlichen Bestimmung des Korrekturwerts wird auch für die neue Kurvenscheibe ermittelt, ob die

Schnittposition korrekt ist. Bei Bedarf erfolgt eine erneute Korrektur. Die Ermittlung des Korrekturwerts wird iterativ beispielsweise für jeden Schneidvorgang ausgeführt.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Bearbeiten einer flächigen Warenbahn. Dabei wird die Warenbahn in einer Längsrichtung transportiert. Bearbeitungsmarken der Warenbahn werden mit einem Sensor detektiert. Die Warenbahn wird mittels einer in Längsrichtung nach dem Sensor angeord- neten Bearbeitungseinheit bearbeitet. Jeder detektierten Bearbeitungsmarke wird eine erste Ortsinformation zugewiesen. Zudem wird eine zweite Ortsinformation der Bearbeitungseinheit zum Bearbeitungszeitpunkt ermittelt. Beide Ortsinformationen werden zur Ermittlung eines Korrekturwertes miteinan- der verrechnet. Die im Hinblick die auf die Vorrichtung zum Bearbeiten einer Warenbahn angeführten Merkmale mit ihren Vorzügen sind auf das Verfahren sinngemäß zu übertragen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer einzigen Figur näher erläutert. Die Figur zeigt in einer schematisierten, stark vereinfachten Darstellung eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Warenbahn.

Die Vorrichtung 2 dient zum Transport und der Bearbeitung ei- ner Warenbahn 4. Unter Warenbahnen 4 werden insbesondere so genannte Endlosbahnen verstanden, die von einer Rolle abgewickelt werden oder die direkt aus einem kontinuierlichen

Herstellungs- oder Bearbeitungsvorgang stammen. Aus der Warenbahn 4 werden insbesondere durch Ablängen einzelne Wareneinheiten, wie beispielsweise Papierbögen, Kartonnagen, Verpackungseinheiten etc. erhalten.

Für den Transport der Warenbahn 4 in Längsrichtung 6 ist eine Transportvorrichtung 8 vorgesehen. Diese umfasst im Ausführungsbeispiel zwei als Zwangsführung und Zwangsantrieb für die Wahrenbahn 4 ausgebildete Antriebsrollen 10, zwischen de- nen die Warenbahn 4 geführt und angetrieben wird. Zur Steuerung der gesamten Vorrichtung ist eine Steuereinheit 12 vorgesehen .

Die Warenbahn 4 wird in Längsrichtung 6 der Vorrichtung 2 ei- ner Bearbeitungseinheit 14 zugeführt. Diese ist im Ausführungsbeispiel als Querschneider ausgeführt, der von der Steuereinheit 12 angesteuert wird. Der Querschneider 14 weist einen Zylinder 16 auf, der in Drehrichtung 18 um seine Längsachse rotiert. Ein beim Drehen in Drehrichtung 18 mitbewegtes und am Zylinder 16 befestigtes rotierendes Messer 20 durchtrennt die Warenbahn 4 an einer definierten Position. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Zylinders 16 wird von der Steuereinheit 12 mittels einer hier nicht näher dargestellten Kurvenscheibe in an sich bekannter Weise vorgegeben.

Auf der Oberfläche der Warenbahn 4 sind zueinander beabstan- dete Bearbeitungsmarken 22 angeordnet. Die Bearbeitungsmarken 22 sind als Druckmarken ausgeführt und insbesondere auf die Oberfläche der Warenbahn 4 aufgedruckt.

Die Vorrichtung 2 ist sowohl zur automatischen Formatlängenerkennung als auch zur automatischen Korrektur der Bearbeitungsposition, insbesondere Schnittposition, in Bezug auf die Warenbahn 4 ausgebildet. Hierfür weist die Vorrichtung ledig- lieh einen Sensor 24 auf, der insbesondere als optischer Näherungsschalter ausgebildet ist.

Die automatische Formatlängenerkennung ist dann von Vorteil, wenn von der Warenbahn 4 unterschiedliche, insbesondere unterschiedlich lange Wareneinheiten abgeschnitten werden sollen. Die jeweilige Formatlänge wird durch unterschiedliche Abstände zwischen den Bearbeitungsmarken 22 auf der Warenbahn 4 gekennzeichnet.

Um kontinuierlich ein genaues Abschneiden der Warenbahn 4 zu gewährleisten ist insbesondere bei elastischen Warenbahnen 4 eine Kontrolle der Bearbeitungs- oder Schnittposition bezüglich der Warenbahn 4 erforderlich.

Die Transportvorrichtung 8 ist im Ausführungsbeispiel mit einem inkrementellen Zähler 26 verknüpft, der in die Steuer- einheit 12 integriert ist. Der Zählwert ist daher ein Maß für den durch den Zwangsantrieb bewirkten Vorschub der Warenbahn. Der Zählwert weist beispielsweise einen festen, linearen Bezug zu der Anzahl der Umdrehungen der Antriebsrollen 10 auf. Dabei nehmen die Werte des inkrementellen Zählers 26 mit der Zeit zu. Für die Bestimmung eines Positionswertes, einer so genannten Ortsinformation, wird ein Ereignis mit dem momentanen Zählwert des inkrementellen Zählers 26 verknüpft. Bei diesem Ereignis handelt es sich um den Zeitpunkt der Detek- tion einer Druckmarke mittels des Sensors 24 oder um einen Bearbeitungszeitpunkt, das heißt, einen vom Querschneider 24 durchgeführten Schneidevorgang. Dieser Bearbeitungszeitpunkt ist der Steuereinheit 12 aufgrund der Ansteuerung der Bearbeitungseinheit 14 bekannt oder kann zumindest problemlos bestimmt werden. Die als Zählwerte ermittelten Ortsinformatio- nen werden in einem internen Speicher 28 der Steuereinheit 12 gespeichert .

Zur Formatlängenerkennung werden mittels des Sensors 24 die in Längsrichtung 6 mit der Warenbahn 4 mitbewegten Druck- marken 22 sukzessive als Ortsinformation posS _n , POsS _n-1 er- fasst. n ist dabei ein Laufindex. Auf diese Weise wird indirekt eine Formatlänge FL _n als Abstand zweier benachbarter

Druckmarken 22 erfasst und in einem internen Speicher 28 gespeichert. Die Formatlänge FL _n wird hierbei aus den Ortsinformationen posS _n , POsS _n-1 der benachbarten Druckmarken 22 durch Differenzbildung errechnet:

FL _n = posS _n - POsS _n-1

Da die Ortsinformationen posS _n , POsS _n-1 Werte des inkremen- tellen Zählers 26 repräsentieren, ist die Formatlänge FL _n ebenfalls ein Zählwert. Diese ermittelte Formatlänge FL _n dient zur Vorgabe einer auf die Formatlänge FL _n angepassten Kurvenscheibe durch die Steuereinheit 12. Hierzu gibt die Steuereinheit 12 ein Steuersignal K an den Querschneider 14 ab. Dabei erfolgt während eines Eintauchens des rotierenden Messers 16 in die Warenbahn 4 keine Anpassung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Zylinders 16 an die Vorschubgeschwindigkeit der Warenbahn 4. Vielmehr bewegen sich in einem so genannten Synchronisationsbereich S der Zylinder 16 und die Warenbahn 4 mit gleicher Geschwindigkeit, um ein gutes Schnitt- ergebnis zu erzielen. Außerhalb des Synchronisationsbereiches S wird mittels der Kurvenscheibe K die Umdrehungsgeschwindigkeit des Zylinders 16 auf die Formatlänge FL _n angepasst. Die Kurvenscheibe wird für jede ermittelte Formatlänge FL _n neu errechnet und angepasst.

Weiterhin wird zu jedem Bearbeitungszeitpunkt des Querschneiders 14 eine Ortsinformation posRK _n erfasst, die ebenfalls einem Zählwert des inkrementellen Zählers 26 entspricht. Auch diese weitere Ortsinformation posRK _n wird im internen Speicher 28 gespeichert. Ist der interne Speicher 28 beispielsweise als eine Art Schieberegister ausgebildet, ist eine eindeutige Zuordnung einer jeden mit dem Sensor 24 gemessenen Ortsinformation posS _n zur korrespondierenden Ortsinformation posRK _n des Querschneiders 14 nach Art einer Wertetabelle erreicht.

Da sich eine Druckmarke 22 vom Sensor 24 zum Querschneider 14 bewegt, sind die Ortsinformationen posRK _n und damit Zählwerte für den Bearbeitungszeitpunkt immer größer als die Ortsinformationen posS _n und damit Zählwerte des Sensors 24.

Weiter sind der Sensor 24 und die Drehachse 16 des Querschneiders 14 ortsfest und weisen einen konstanten Abstand auf, der so bemessen ist, dass sich eine Anpassung der Formatlänge FL _n sicher durchführen lässt, während sich die ent- sprechende mit der Formatlänge FL _n korrespondierende Druckmarke 22 zum Querschneider 14 bewegt.

Der Abstand zwischen Sensor 24 und Querschneider 14 lässt sich in eine Abstandsinformation ASS insbesondere als Zähl- wert des inkrementellen Zählers 26 umrechnen.

Mit den beiden Ortsinformationen posS _n , posRK _n und der Abstandsinformation ASS lässt sich der Korrekturwert A _n in einfacher Weise berechnen zu

δ _n = posS _n + ASS - posRK _n .

Der Korrekturwert A _n ist somit ebenfalls ein Zählwert. Die Summe posS _n + ASS aus der ersten Ortsinformation posS _n und der Abstandsinformation ASS bestimmt dabei den Zählwert, der zum Zeitpunkt der Bearbeitung einer Druckmarke 22 vorliegen müsste. Von diesem fiktiven Zählwert wird der Zählwert für die Ortsinformation posRK _n zum Bearbeitungszeitpunkt abgezogen. Die Abweichung gibt die Positionierungenauigkeit der Wa- renbahn 4 wieder.

Mittels des Korrekturwertes A _n kann bestimmt werden, ob ein Schneidevorgang an der gewünschten Stelle, zu früh oder zu spät erfolgte. Bei Bedarf lässt sich somit eine Korrektur der Kurvenscheibe K für die mit dem Sensor 24 ermittelte nachfolgende Formatlänge FL _n ermitteln. Somit ist insbesondere ein Aufaddieren von Positionierungenauigkeiten mit fortlau-

fender Bearbeitungsdauer der Warenbahn 4 sicher vermieden. Der Korrekturwert A _n wird somit bei Verwendung nur eines

Sensors 24 in einfacher Weise ermittelt.