用于操作包装机的方法与流程
本发明总体上涉及一种用于操作用于产品、特别是用于比如香烟的烟草产品或用于卫生用品的包装机或生产机的方法，所述包装机或生产机具有能够由伺服电机驱动并能够被伺服电机设定成(旋转)运动的元件。特别是，本发明涉及一种用于操作用于产品的包装机的方法，所述包装机具有由伺服电机相应地可驱动或驱动的卷轴，所述卷轴具有卷绕在其上的材料幅材。
背景技术：
相应地优化致动或调节用于驱动包装机或生产机的元件的伺服电机是个特别的问题，所述包装机或生产机用于以目标方式相应地包装或生产可移动或可转动的烟草工业产品。这是因为针对该目的，确定被驱动的元件的惯性矩是尤其必要的。为了优化调节，在现有技术中，所述惯性矩必须(在操作机器之前)根据所测量的值(比如可移动元件的质量、直径等等)以复杂的“手动”方式确立。这在品牌切换时的所谓的版式切换情况下是特别不利的，在该情况下，可选地，一个(或多个)可移动元件(比如转动架)由具有其它规格(特别是具有其它尺寸或另一重量)的相同类型的可移动元件来替换。另外，该“手动”确立经常是不准确的。最后，还可能发生的是，所确立的惯性矩在机器的操作过程中变化，可选地由于在可移动元件上的磨损而变化。该情形可能导致元件的运动结果恶化、或者导致运动结果与实际期望的运动结果有偏差。
在该情况下特别的问题在于，在包装机的不断增加的输出以及由此导致的高材料消耗的情况下给用于产品(比如烟草产品)的包装机连续地供应幅材形状的包装材料。对于卷轴切换来说，与新卷轴的直径相关的认知尤为重要，在所述卷轴切换中，具有到期材料幅材的卷轴在所谓的拼接设备中被具有新材料幅材的卷轴所替换。实际上，在此通常假定满卷轴的基于材料的标准直径。特别地，该假定尤其导致具有到期材料幅材的卷轴不能容易地被具有与该标准直径存在偏差的直径的新卷轴所替换。
技术实现要素：
在一个方面，本发明的目标是改进上述用于操作用于产品的包装机或生产机的方法。
该目标通过具有本发明的特征的方法来实现。因此，提供了用于操作用于产品、特别是用于比如香烟的烟草产品或用于卫生用品的包装机或生产机的方法，所述包装机或生产机具有比如卷轴或者干燥或折叠转动架的元件，所述卷轴具有卷绕在其上的材料幅材，所述元件可由伺服电机驱动并且能够由伺服电机设定成(旋转)运动，在所述方法中，为了确定所述元件的惯性矩：
a)所述元件以目标方式(正或负地)加速，
b)在加速阶段测量伺服电机的电机电流，和
c)评估在加速阶段所测量的电流值。
所述元件在加速阶段中优选地特别以恒定的方式加速，其中，伺服电机的电机电流在加速阶段被测量并且被特别地记录。所述元件的惯性矩优选地通过计算的方式、特别是以计算机辅助的方式自动地确立，其中，所测量的电流值和伺服电机的力矩常数被结合进惯性矩的计算中。在计算所述元件的惯性矩时，使用了伺服电机的电机电流、角加速度和本领域技术人员所容易知道的另外的参数/常数中的一个或多个之间的关联。在此，惯性矩应用下式：
jlast＝将要计算的元件的惯性矩；
imot＝当驱动该元件时产生的电机电流；
kt＝伺服电机的力矩常数；
在此前述加速度阶段可以通过预定的(默认的)旋转角度来限定，所述元件以目标方式、特别是以恒定的加速度旋转所述旋转角度。然后，伺服电机的电机电流在加速阶段被测量并被优选地记录，也就是说，被存储在存储介质中。随后评估所述电机电流。
本应用中的加速被理解为两种情况：正加速，其导致速度的增加；和负加速，其导致速度的降低，特别是通过使伺服电机减速而导致速度的降低。
可移动元件的惯性矩被作为参数结合到对移动或驱动所述可移动元件的伺服电机的调节/控制中。概括地说，可移动元件在生产操作中的移动至少还基于或根据已经以前述方式确立的元件的惯性矩的相应规定来控制或调节。因此，根据本发明优选提供的是，已经以前述方式确立的惯性矩以用于调节/控制伺服电机的对应方式使用、或者以对应于控制/调节伺服电机的方式被传输用于相应的用途。
在本发明的另外的构造中，提供的是，可移动元件在相应的包装机或生产机的生产操作中的运动根据一个或多个参数的规定、特别是通过伺服电机的对应控制或调节来控制或调节，其中，在此之前，特别是通过所确立的惯性矩以自动的方式，这些参数中的至少一个参数的至少一个值(比如伺服电机在调节期间所经受的电流)从能够为该参数选择的一组参数替代值中选择，所述一组参数替代值存储在存储器中；或者其中，在此之前，特别是通过使用所确立的惯性矩以自动的方式，这些参数中的至少一个参数的至少一个参数值被数学地确立。
在本发明的另外的构造中，可以提供的是，在相应机器的每次启动时，执行如上所述的可移动元件的惯性矩的相应确立或确定。特别地，这将在如下情况下具有优势：可移动或可旋转元件(比如折叠转动架)相应地在机器的两次操作阶段之间或在机器已经被关闭时(比如相应地在品牌切换期间或者在品牌切换中的版式切换期间)被可选地具有存在偏差的惯性矩的另一等同元件所替换，比如通过折叠具有另外的较少的袋或者具有不同尺寸的袋的折叠转向架。在该情况下，新元件的惯性矩能够在重启机器时以简单的方式确立，并且相应伺服电机的控制/调节相应地能够适应新确立的惯性矩或者能够根据所确立的惯性矩的规定执行。
根据本发明，还可以提供的是，确立可移动元件的惯性矩，比较以该方式确立的惯性矩与存储值，在所确立的惯性矩与存储值有偏差、特别是偏差一预定量的情况下，产生指示该偏差的信号，例如误差信号。通过该过程，特别地，能够识别可移动元件的磨损，所述可移动元件的磨损改变了可移动元件的惯性矩。在该情况中，存储值相应地可以是例如默认的惯性矩或者在生产中开始使用该元件时的该元件的惯性矩。
在该情况下，还可以提供的是，指示该偏差的信号、特别是在所述信号是在重启时确立惯性矩的情况下产生时，以上文描述的方法直接触发用于控制/调节伺服电机的所述至少一个参数值的重新计算(使用所确立的惯性矩进行)，或者触发通过所确立的惯性矩从所存储的参数值的组中重新选择参数值。
本发明的另一目标是能够在开头提及的用于操作用于产品、特别是用于比如香烟的烟草产品或用于卫生用品的包装机的方法的情况下，以尽可能精确的方式，尤其是确定由伺服电机驱动的卷轴的直径，所述包装机具有卷轴，所述卷轴能够由伺服电机驱动且具有卷绕在该卷轴上的材料幅材。
为了实现该目标，根据本发明的方法特征在于具有如下特征：
为了确定卷轴的直径，特别是为了以自动的方式确定卷轴的直径，
a)卷轴以目标方式(正或负地)加速，
b)在加速阶段中测量伺服电机的电机电流，和
c)评估在加速阶段中相应测量的电流曲线或电流值。
如果待确定的卷轴的直径为新卷轴的初始直径以及当待确定的卷轴的直径为新卷轴的初始直径时，则可以以特别有利的方式采用前述新颖的方法，所述新卷轴的材料幅材在卷轴切换的情况中被作为新幅材连接至到期卷轴的到期材料幅材。特别是如果这在新幅材被连接至到期幅材之前执行以及当这在新幅材被连接至到期幅材之前执行时。因为如此，尤其能够使得具有最不同的直径的新卷轴被用在卷轴切换的情况中，而无需进行直径的任何手动测量。本发明还使得能够执行基本完全自动的卷轴切换而不用使幅材速度有任何(显著的)降低。这是因为作为先决条件，该自动卷轴切换要求特别精确地自动确定直径，该直径的确定今后能够根据本发明进行且已经被本申请人所确认。
根据本发明的卷轴直径的确定在特别是结合所述卷轴切换时确实是有益的。但是，还可以构思的是，在包装过程(的范围)内的其它情况下执行所述确定。例如，为了确定在包装过程中当前正使用的卷轴的材料的余量。
在根据本发明的直径确定的具体实施方面，同样在此，在本发明的一个优选改进中，处于加速阶段的卷轴以恒定的方式加速。在此，正如上述确定惯性矩的情况，加速阶段还可以由预定(默认)的旋转角度限定，卷轴以目标方式、特别是以恒定的加速度旋转所述预定(默认)的旋转角度。然后，伺服电机的电机电流在加速阶段被测量并优选地被记录，也就是说，被存储在存储介质中。随后以适当的方式评估所述电机电流。
在所述评估的情况中，可以通过计算的方式、特别是以计算机辅助的方式来确立卷轴的直径，其中，所测量的电流曲线的电流值和伺服电机的力矩常数被显著地结合进计算中。在计算直径的情况中，使用了电机电流、电机的力矩常数以及本领域技术人员容易知道的另外的参数/常数之间的关联。
因此，下式应用于直径da：
其中：
da＝待计算的卷轴的外径；
ibob＝当驱动卷轴时产生的电流；
kt＝伺服电机的力矩常数；
l＝卷轴的深度(厚度)；
ρbob＝卷轴的密度；
di＝卷轴的内径。
在已经提及的卷轴切换方面，在上述构思的另外的构造中可以提供的是，新幅材紧紧保持在尤其是离散的保持部分中，所述新幅材已经退绕，并且在根据本发明确立新幅材的初始直径时且在新幅材被连接至到期幅材之前，通过沿着材料幅材卷绕的方向旋转所述新卷轴，新幅材被初始张紧，例如直到已经达到限定的张紧力矩。此后，当保持部分仍然被紧紧保持时，新卷轴可以沿着材料幅材退绕的方向以目标方式旋转，同时在被紧紧保持的保持部分和新卷轴之间形成限定长度的材料幅材环。
这些测量用于(自动地)构造限定长度的材料幅材环的目的。然后新幅材的已经退绕的连接段，例如被紧紧保持的保持部分，可以在减小材料幅材环的长度的同时被加速至到期幅材的速度，并且连接至到期幅材，例如通过粘合带。为此目的，材料幅材环的长度大小被设计成使得加速运动所需的材料幅材部分可以被材料幅材部分所补偿。因此，无需额外的幅材材料从卷轴上退绕以便用于待被加速的连接段。换句话说，加速新幅材所需的材料幅材部分因此完全从所述材料幅材环取回，所述材料幅材环在该程度上用作材料累积器。因此，相应地，在将连接段加速至幅材速度期间不必在新卷轴上施加额外的牵引力，或者幅材材料将不必因为此而以不期望的方式张紧。
连接段的加速可以借助于加速辊来执行，连接段保持在所述加速辊上。在此，加速优选地在加速辊的部分旋转等于或小于180°的旋转角度的情况下来执行。
另外，优选提供的是，为了准备连接程序，在产生材料幅材环时且在将新幅材连接至到期幅材之前，用于新卷轴的加速过程(沿着退绕方向加速)通过伺服电机引起，在该过程结束时，新卷轴具有对应于新幅材在包装过程中的幅材速度的旋转速度。这里的加速过程可以构造成使得所述加速过程在连接过程结束时或在这之后不久完成。随后，包装过程中的卷轴以对应于新幅材的标准幅材速度的旋转速度来操作。
在本发明的另外的构造中，可以提供的是，在新幅材连接至过期幅材之后，通过替代的直径确定方法来确定新卷轴的直径，并且比较通过该替代的直径确定方法确立的直径与在新幅材连接至到期幅材之前已经根据上述方法确立的初始直径。
在此，特别地，还可以提供的是，同样地通过所述替代的直径确定方法直接确立新卷轴的初始直径，且在已经通过所述替代的直径确定方法确立的初始直径与根据上述方法确立的初始直径有偏差的情况下，根据该偏差的规定计算修正值，所述修正值修正已经通过所述替代的直径确定方法确立的初始直径或者修正已经通过上述方法确立的初始直径。
这还包括：确定横跨相同类型的多次卷轴切换的该类型的多个偏差值，并且根据该多个偏差值来确定修正值，例如通过形成平均值。
优选地，可以在将新幅材连接至到期幅材之后，通过所述替代的直径确定方法来确定(工作)新卷轴的当前直径，特别是基于新卷轴的当前角速度与新幅材的当前幅材速度的比率。
所述替代的直径确定方法然后还可以特别地包括：基于所确立的新卷轴的当前直径来确定新卷轴的初始直径，也就是说在新幅材连接至到期幅材之前的直径。
附图说明
本发明的其它特征从所附的专利权利要求、从下文对本发明的优选示例性实施例的描述以及从附图中获得，其中：
图1示出了用于烟草产品的包装机的一部分，该包装机通过根据本发明的方法操作，特别地，示出了该包装机的卷轴切换装置；
图2以专门的图解示出了图1的卷轴切换装置，其具有新插入的新卷轴；
图3示出了图2的图解，但是其具有沿着箭头方向(即退绕方向)加速旋转角度α的新卷轴；
图4示出了图3的图解，但是其具有用于张紧材料幅材的新卷轴，该材料幅材沿着箭头的相反方向(即，卷绕方向)运动；
图5示出了图4的图解，但是其遵循沿着退绕方向的限定旋转，以便用于即将产生的材料幅材环；
图6示出了用于视觉化旋转角度α和角加速度
图7示出了用于视觉化伺服驱动器的电流i和旋转角度α之间的关联的图，其中，旋转角度α显示在x坐标轴上，而电流i显示在y坐标轴上；
图8示出了用于视觉化卷轴的直径da和电流值i之间的关联的图，其中，电流值i显示在x坐标轴上，而直径da显示在y坐标轴上。
具体实施方式
将通过香烟包装机10来解释根据本发明的直径确定及其用途，香烟包装机在图1中仅示出了一部分。所述香烟包装机10用于由相对刚性的包装材料、特别地由(薄)纸板加工尤其是立方体的包装件11。然而，本发明当然也可用在用于其它产品的其它包装机的情况中。
在包装机10的情况中，采用来自膜的幅材状包装材料，以便由所述膜产生膜坯件12，每个香烟包装件11被包裹在该膜坯件中。膜坯件12形成每个包装件11的外护套。
这里的膜坯件12由最初为幅材状的膜材料制成，所述膜材料在单一化工位的区域中通过单一化刀具13被切割成单独的各个膜坯件12。在下游的插入工位的区域中，从包装单元(未示出)出来的香烟包装件11然后在每种情况中都与被推入到折叠转动架14的多个袋中的一个袋中的单个膜坯件连结。包装单元、折叠转动架，与包装机10的其它设备一样，均是现有技术中广为熟知的，在此不再更详细地描述包装单元和折叠转动架。另外，根据本发明，包装机本身的特定构造与所使用的幅材形状的材料的类型(在该情况中为膜)仅有很少的关联。
当前在包装处理中已经使用的幅材状的包装材料(即，到期幅材16)在本情况中卷绕在第一卷轴(即，到期卷轴15)上，所述包装材料从该第一卷轴退绕。到期卷轴15下游的到期幅材16沿着材料幅材累积器17(即，环箱)被引导，并且通过一对转位(indexing)辊18被传送至单一化工位。
到期卷轴15坐置在卷轴接受器15a上，相应地，所述卷轴接受器能够由伺服电机驱动或者在操作期间由伺服电机驱动。在包装机10的操作期间，伺服电机以对应于期满幅材16相应地沿着旋转方向或者退绕方向的所需幅材速度的旋转角速度驱动到期卷轴15或者驱动相应的卷轴接受器15a，如图1所示。
到期卷轴15是卷轴切换装置19的一部分。该卷轴切换装置的主要设备和一般操作模式在现有技术中已经是公知的。
另一卷轴(特别是，新卷轴或置换卷轴20)布置在卷轴切换装置19中，以便与到期卷轴15间隔开。所述新卷轴20以与到期卷轴15相同的方式坐置在指定的卷轴接受器20a上，相应地，所述卷轴接受器同样由伺服电机驱动或者能够由伺服电机驱动。作为新幅材21的(膜)幅材材料以全部的量或者以在任何情况下都充足的量卷绕在新卷轴20上，使得在到期幅材16用完的情况下由新卷轴20来置换到期卷轴15。因此，新卷轴20起到一旦到期幅材16已经被消耗完就为包装过程提供新幅材材料，特别是以不中断的方式提供新幅材材料的作用。
为此目的，根据本发明的卷轴切换装置19尤其可以构造成也可以在不降低幅材速度的情况下使到期幅材16连接至新幅材21。然而，在本发明的情况中，自然也可以以降低的幅材速度来切换卷轴。
对于该连接过程来说，重要的是，在执行幅材16、21的实际连接之前，相应地将新幅材21或者初始将新幅材21的至少一部分加速至到期幅材16的幅材速度。
根据本发明，对于无故障且优化的连接过程来说，以自动的方式初始地确定新卷轴20的(初始)直径(包括卷绕在新卷轴20上的新幅材21的直径)。执行该确定初始直径的步骤以便能够特别地以位置准确的方式执行连接过程。另外，自动确定初始直径使得具有不同的初始直径的各种新卷轴20(例如半满卷轴等等)能够在包装过程中被采用。
为了以自动的方式确定直径，提供的是，在新卷轴20被连接至到期幅材16之前，以目标方式在加速阶段加速新卷轴，并且在加速阶段期间测量为此所需的伺服电机的电机电流。
在本示例性实施例中，(以恒定的方式)沿着特定的旋转角度或位移角度α来加速新卷轴20，并且测量用于该加速所需的伺服电机电流。在本情况中，还记录此处的电流值，参见图3。然后，评估所记录的电流曲线以确定直径。
可以数学地执行该评估，比如使用相应的计算机装置，所述计算机装置可以例如是用于控制卷轴切换装置的控制单元的一部分、伺服电机控制器的一部分、或者上位机控制器的一部分。但是，可替代地，还可以构思的是，例如，特定的电机电流值或电机电流曲线相应地与凭经验建立的直径值相联系，或者将该联系存储在数据库中。根据所测量的电机电流值，则能够从数据库中检索到相应的存储直径。
在如上所述的数学确立的情况下，新卷轴20的直径da则可以从检测到的电机电流值、同时结合给定的参数和常数值(比如伺服电机的力矩常数)、利用本领域技术人员广为熟知的简单关联来确定。
图6至图8中示出了各种曲线图，通过所述曲线图，上面已经提及的一些关联将会在下文更详细地解释。
在图6中，以示例的方式，在伺服电机上设定的角加速度
在图7中以示例性的方式绘制出了用于大卷轴直径(参见直线23a)、用于中等卷轴直径(参见直线23b)和用于小卷轴直径(参见直线23c)的相应的电流值i，所述电流值i根据旋转角度α所导致。可以容易地看到，更高的伺服电机电流值必须被施加至相应地与中等卷轴直径或更小的卷轴直径相比更大的卷轴直径。
在图8中示出了针对特定材料的所施加的电流值i和相应的卷轴直径da之间的关联。曲线m1、m2、m3表示分别表示卷绕在相应的新卷轴20上的各种材料m1、m2、m3的取决于电流的直径值。
可见，特定的测量的电流值i1在材料m1的情况下将意味着比在材料m3的情况下更大的直径。这是因为材料m3具有更低的密度，并且相应的新卷轴20总体上比材料m1具有更低的质量惯性。
另外可以得出的是，在给定材料的情况下，例如在图8的材料m1的情况下，分别在卷轴的不同大小的直径d1、d2或d3的情况下测量对应的不同大小的电流i1、i2、或i3，如已经在图7中看见的那样。在此，d1表示大直径，d2表示中等直径，d3表示小直径。如能够理解的那样，更大的直径需要更高的伺服电机电流，以便能够在期望的旋转中设定对应的较大卷轴重量。
根据本发明的相应新转轴20的直径的所述确定还允许将限定长度的材料幅材环δ自动地设置为用于连接过程自身的材料累积器，参见图5。在此以特殊的方式选择环δ的环长度，特别地，使得新幅材21的连接段24可以被加速至幅材速度，并且为此所需的幅材长度从环δ直接供给，而无需在新卷轴21上施加力。
为了限定待提供的材料幅材环δ，新卷轴20最初沿着卷绕方向旋转，参见图4。在该旋转期间，新幅材21的已经从新卷轴20退绕的前保持部分被保持构件(未示出)紧紧地保持，使得新幅材21被张紧在保持部分和新卷轴20之间。例如，执行卷绕直到已经达到预定的张紧力矩，所述张紧力矩可以在张紧过程期间以已知的方式测量。
在本情况中，保持部分由新幅材21的连接(端部)段24形成，该连接段最终被连接至到期幅材16。但是，这不是强制的。
从新幅材21的张紧状态开始，在下一步骤中，可以通过使卷轴20沿着退绕方向反向旋转而以目标方式执行驱动，以便获得预定的环长度。可以容易地(数学)确定为此所必须的相应所需要的旋转或位移角度α，因为在此之前已经确定了新卷轴21的直径，参见上文。
如上文已经指出的，这里的环长度选择成使得加速辊25a(其通过旋转、特别是旋转180°而将连接段24加速至到期幅材16的幅材速度)直接从环δ取回为此所需的幅材长度，使得在此没有力施加在新卷轴21上。换句话说，环长度选择成使得不必从新卷轴21抽出用于加速连接段24的另外的材料。毕竟，这将是破坏性的，因为新卷轴20的惯性将导致新幅材21相应的不期望的张紧或不期望的拉伸。
在加速的过程中或紧接着在之后，连接段24以现有技术中所熟知的方式、例如通过粘合带连接至到期幅材16。
此外，为了完成连接过程，与加速辊25a相对的加速辊25b与加速辊25a相同，且被分配成使到期幅材16旋转180°，使得加速辊25b的分离刀具26切割连接区域上游的到期幅材16。
根据本发明的另外的方面，上文提及的尚未工作的卷轴(也就是说，在包装过程中尚未使用的卷轴)的直径计算在实际中可以设置有修正因子，以便提高所述直径计算的精度。这是因为可以确定工作卷轴(也就是说，在包装过程中当前其材料幅材已经被使用的卷轴)的直径的方法在现有技术中是已知的。例如，与直径有关的结论可以从工作卷轴的角速度与材料幅材的幅材速度的比率得出。
根据本发明，使用该方法可以确定当前直径，并且还可以通过逆向计算确定初始直径。这样确定的初始直径然后可以与通过根据本发明的方法确定的初始直径进行对比，并且可选地，可以从中得出修正因子。
以非常类似于在新卷轴20的上下文中所描述的方式，在包装机或者还可选地用于特别是香烟的产品的生产机的生产操作之前或期间，折叠转动架14和可选的由伺服电机驱动的其它元件可以相应地作为可移动或可旋转元件而以目标方式加速，相应的伺服电机的电机电流可以在加速阶段中测量，并且最后可以评估相应的电流值，以便接着使相应元件的惯性矩能够根据评估而确定以及使所述惯性矩能够被用于控制或调节伺服电机。在开头已经描述了该效果的细节，因此在此可以省略对此的详细的新说明。
附图标记列表：
10包装机
11包装件
12膜/箔坯件
13单一化刀具
14折叠转动架
15到期卷轴
15a卷轴接受器
16到期幅材
17环箱
18转位辊
19卷轴切换装置
20新卷轴
20a卷轴接受器
21新幅材
22角加速度值
23a大卷轴直径的电流值
23b中等卷轴直径的电流值
23c小卷轴直径的电流值
24连接段
25a加速辊
25b加速辊
26分离刀具
α位移角度
da直径
i1电流值
i2电流值
i3电流值
δ环长度
d1直径
d2直径
d3直径
m1材料
m2材料
m3材料
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