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Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für die Herstellung von Süßwaren mittels einer industriellen Produktionsanlage, durch die Gießformen gefördert werden und so in verschiedene Bearbeitungsstationen der Produktionsanlage gelangen, wobei die gesamte Förderstrecke der Produktionsanlage in definierte Streckeneinheiten unterteilt ist, umfassend wenigstens eine Gießform, die mit wenigstens einem Sensor, einer Elektronikeinheit und einer Batterie versehen ist, so dass die Gießform eine bewegliche Messform bildet, wobei mit dem Sensor der Messform Messwerte aufnehmbar sind, wobei die Elektronikeinheit eine kabellose Übertragungsschnittstelle aufweist und des Weiteren eine Basisstation vorgesehen ist, so dass mittels des Sensors aufgenommene Messwerte kabellos an die Basisstation übermittelbar sind.
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Die Förderung der Gießformen durch die Produktionsanlage ist bevorzugt eine taktweise Förderung. Es sind aber auch Ausführungen bekannt, welche die Gießformen stetig durch die Produktionsanlage fördern, ggf. sind dann die Bearbeitungsstationen entsprechend angepasst und hergerichtet, um ohne zeitweisen Stillstand der Gießformen produzieren zu können.
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Grundsätzlich ist bekannt, Süßwaren aus flüssig dosierten, niedrig viskosen Massen zu gießen. In industriellem Umfang erfolgt dies üblicherweise auf Produktionsanlagen, mit welchen z. B. tafelförmige Artikel, wie Schokolade, oder Hohlkörper mit geeigneten Gießverfahren und -vorrichtungen hergestellt werden. Für die Herstellung von Gummibärchen oder ähnliche Artikel aus sogenannter Mogulmasse werden entweder mit Puder gefüllte Formkästen verwendet, in deren Puder eine hohle Negativform der zu erzeugenden Gestalt hineingestempelt wird, oder es kommen sogenannte puderlose Gießformen zum Einsatz, die zwecks guter Ausformbarkeit der Artikel aus Silikon bestehen können oder auch aus Aluminium, das ggf. mit einer Antihaftbeschichtung versehen ist. Für die Herstellung von Artikeln aus Schokolade sind Gießformen aus Polycarbonat zweckmäßig und verbreitet. Derartige Produktionsanlagen können eine umlaufende Förderstrecke haben, so dass die Gießformen in einer Endlosschleife umlaufen können. Alle nötigen Bearbeitungsschritte laufen während eines Umlaufs ab, inklusive Ausformung fertiger Artikel und ggf. Reinigung der Gießform, damit sie erneut zur Formung von Artikeln verwendbar ist. Das hier vorgeschlagene Überwachungssystem ist für alle erwähnten Süßwarenarten und Anlagentypen anwendbar.
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Die Gießformen können mit elektromechanischen Antriebseinrichtungen, wie beispielsweise Kettenantrieb mit Nocken, Zahnriemenantrieb oder pneumatischem Vorschub entlang der Förderstrecke durch die Produktionsanlage transportiert werden. Sie passieren dabei die unterschiedlichen Bearbeitungsstationen der Produktionsanlage, in welchen jeweils einzelne Herstellschritte durchgeführt werden. Es können Bearbeitungsstationen vorgesehen sein, in welchen die Gießform für bestimmte Herstellschritte konditioniert werden, beispielsweise angewärmt oder abgekühlt. Zum Befüllen mit Süßwarenmasse werden sie einer Bearbeitungsstation mit einer Gießstation oder einem Extruder zugeführt oder einem Einleger für Süßwarenmaterial. Im Falle einer Produktionsanlage für Hohlkörper sind u. U. Gießformen erforderlich, die sich verschließen und wieder öffnen lassen. In der Regel ist eine Bearbeitungsstation vorgesehen, mit der geformte Artikel ausgeformt werden, d. h. der Artikel wird aus der Gießform gelöst und kann dann einem weiteren Herstellschritt oder einer Verpackung zugeführt werden.
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In diesem Prozess werden die umlaufenden Formen unterschiedlichen mechanischen Einflüssen ausgesetzt, wie einer Beschleunigung, Erschütterung, Vibration, Stauchung und Dehnung. Ebenso kann eine Gießform ihre Lage verändern, beispielsweise in eine Schieflage gelangen, beispielsweise beim Durchlauf einer Bearbeitungsstation, welche die Gießform kopfüber und zurück wendet. Des Weiteren wird die Gießform unterschiedlichen äußeren Einflüssen unterzogen, wie unterschiedlichen Temperaturen, schwankender Luftfeuchtigkeit und -druck sowie Luftströmungen, z.B. durch Ventilatoren in einer Kühlungsstation.
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Ein gattungsgemäßes Überwachungssystem ist bekannt von der Homepage http://www.agathon-moulds.com/de/logtec-datalogger. Es sieht eine Messform vor, die eine Gießform umfasst, welche mit Sensoren zur Dokumentation verschiedener Prozessgrößen ausgestattet ist, wie z. B. Temperatur, Feuchte, Luftdruck, Beschleunigung.
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Bei der bekannten Messform handelt es sich um eine Gießform, die mit den erwähnten messtechnischen Erweiterungen ausgerüstet ist und deswegen nachfolgend auch als Messform bezeichnet wird. Sie kann im Betrieb entweder ausnahmslos zu Messzwecken benutzt werden oder sie kann gleichzeitig auch zur Herstellung von Süßwaren verwendet werden, weil die Basis der Messform eine Gießform ist, die über Formvertiefungen verfügt, worin gegossener Süßwarenmasse Gestalt verliehen werden kann. Es ist auf diese Weise möglich, auch solche Prozessgrößen zu erfassen, die sich auf die mit Süßwarenmasse gefüllte Gießform beziehen.
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Das Überwachsungssystem soll Temperaturen dokumentieren können, wie die Schokoladentemperatur während des Gießens, die Temperatur während des Kühlens und die Schokoladentemperatur während des Entformens. Außerdem sollen Parameter, wie ungleichmäßiger Transport der Messform, Luftdruck beim Kühlen, Messung eines Vibrationsprozesses, Stress der Messform während des Entformens oder Bedingungen während des Waschens der Messformen dokumentierbar sein, wobei ggf. ein Feuchtesensor vor dem Waschprozess entfernt werden muss.
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Die Zuordnung der verschiedenen messbaren Temperaturen beziehungsweise gemessenen Temperaturen zu den einzelnen Bearbeitungsstationen ist durch eine Plausibilitätsprüfung möglich beziehungsweise durch eine Hochrechnung der Position der Form aufgrund von einer hypothetischen Geschwindigkeit der Form. Die Schokoladentemperatur während des Gießens unterscheidet sich signifikant von der Schokoladentemperatur während des Entformens oder auch von Temperatur, die in der Kühlstation herrscht.
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Die so dokumentierten Prozessgrößen können anschließend kabelgebunden über eine USB-Schnittstelle oder kabellos über eine Bluetooth-Schnittstelle ausgelesen werden und lassen sich dann auswerten. Sie dienen auf diese Weise einer Überwachung und Optimierung der industriellen Produktion von Süßwaren und sollen eine Datenbasis bilden, mit der auf eine Effizienzsteigerung der Süßwarenproduktion abgezielt wird.
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Aus der bekannten Messform können die dokumentierten Daten über die USB-Schnittstelle oder die Bluetooth-Schnittstelle ausgelesen werden. Das Überwachungssystem bietet dann mit Hilfe einer Software die Möglichkeit, die Daten zu betrachten. Die Software lässt sich auf einem Computer, Smartphone oder Tablet installieren.
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Nachteil des bekannten Überwachungssystems ist das Erfordernis einer leistungsfähigen Energieversorgung für die USBbeziehungsweise die Bluetooth-Schnittstelle. Batterien mit geringer Speicherleistung sind unzweckmäßig, da sie im industriellen Betrieb zu oft ausgetauscht oder zu häufig aufgeladen werden müssten. Um die Betriebsdauer zu erhöhen kann im Prinzip eine größere Batterie verwendet werden, was aber die Masse der modifizierten Gießform erhöht. In einer Produktionsanlage für Süßwaren wird eine Gießform nicht nur translatorisch bewegt. Gießformen müssen bisweilen angehoben und abgesenkt werden oder zwecks Ausformung von Süßwarenartikeln umgedreht (gewendet), womöglich tordiert werden. Auch werden Gießform bisweilen gerüttelt, um beispielsweise frisch eingefüllte Süßwarenmasse gleichmäßig zu verteilen oder um mittels des Rüttelns Luftbläschen aufsteigen und entweichen zu lassen, falls sie in der Süßwarenmasse unerwünscht sind.
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Wenn die Messform auch zur Formgebung der Süßwarenmasse verwendet werden soll, ist zu berücksichtigen, dass die messtechnisch modifizierte Gießform ein höheres Gewicht aufweist, als eine reguläre Gießform ohne Modifikation. Das erhöhte Gewicht kann sich in bestimmten Bearbeitungsstationen der Produktionsanlage nachteilig auswirken, wenn die Messform angehoben, gewendet, tordiert oder gerüttelt werden muss. Je schwerer die modifizierte Gießform ist, desto ungünstiger ist dies für die betreffenden Bearbeitungsstationen der Produktionsanlage.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungssystem vorzuschlagen, das zumindest die Genauigkeit der Positionserfassung verbessert.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Positionserfassungsmittel zur Erfassung der Positionsdaten der Messform vorgesehen ist, dass zusätzlich ein Zuordnungsmittel vorgesehen ist, mit dem die Messwerte zuordenbar sind zu den Positionsdaten jener Stelle der Förderstrecke, an welcher sich die bewegbare Messform zum Zeitpunkt der Messung befindet.
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Es wurde gefunden, dass die Messwerte besser zur Optimierung der Produktion und dem Schutz der Gießformen nützen, je genauer erfassbar ist, an welcher Stelle entlang der Förderstrecke ein Messwert erfasst wurde. Da das neue Überwachungssystem über ein Positionserfassungsmittel und ein Zuordnungsmittel verfügt, können alle Messwerte, welche die Messform erfasst hat, jeweils exakt zugeordnet werden zur entsprechenden Position entlang der Förderstrecke, wo der betreffende Messwert erfasst worden ist. Die Zuordnung von Messwert und Position ist deutlich verbessert gegenüber einer indirekten Positionsermittlung, welche auf Plausibilitäten von Messwerten beruht oder auf der Berücksichtigung einer angenommen Anlagengeschwindigkeit oder indirekter Ermittlung aufgrund von Beschleunigungsdaten.
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Die Elektronikeinheit der Messform enthält beim vorgeschlagenen Überwachungssystem zweckmäßig eine Logik zur Sammlung von erfassten Messwerten. Darüber hinaus ist die Übertragungsschnittstelle als aktive Datenübertragungselektronik ausgelegt, die in der Lage ist, alle anfallenden Messwerte in sog. Echtzeit, kabellos zu übertragen.
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An der Messform können vielerlei Sensoren angeordnet werden, wie beispielsweise Beschleunigungssensoren, auch mehrachsiger Bauart, Gyrometer, Magnetsensoren, Temperatur-, Feuchtigkeits- und Luftdrucksensoren sowie auch Sensoren, die eine mechanische Beanspruchung der Messform erfassen können, beispielsweise Dehnungsmessstreifen (DMS), mit welchen eine Verformung der Messform erfasst werden kann. Die Anbringung der Sensoren erfolgt für jeden Messform-Typ individuell. Der passende Ort für die Anbringung solcher Sensoren kann beispielsweise mittels einer Finite-Elemente-Analyse der Messform ermittelt werden. Es lässt sich auch die Gestaltung der Messform selbst per FEM-Analyse planen zwecks Optimierung für eine Aufnahme von Sensoren. Der Einbau aller Sensoren erfolgt zweckmäßig nach hygienischen Gesichtspunkten. Die Sensoren sowie auch die Elektronikeinheit und Batterie können unverlierbar mit der Messform verbunden sein, i.d.R. an der Unterseite der Messform. Bei einer Gießform, die aus Kunststoff hergestellt ist, lassen sich Komponenten, wie Sensoren, Elektronikeinheit, Batterie, etc. vergießen, sodass sie nur unter Zerstörung von Material der Gießform wieder davon getrennt werden können. Die Messform kann auch aus anderem Material bestehen, beispielsweise Silikon oder Aluminium. Alternativ können solche Komponenten auch lösbar an der Messform verbunden werden, bevorzugt abgedeckt und so gesichert, dass ein Verlust im Betrieb vermieden wird.
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Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung wird in der Bereitstellung der Kombination aus Messwert und Positionsdaten der Messform gesehen. Die einem Messwert zugeordneten Positionsdaten entsprechen stets jener Position (Messposition), an welcher der betreffende Messwert erfasst wurde, also der betreffenden Messposition entlang der Förderstrecke der Produktionsanlage. Zweckmäßig werden eindeutige Datensätze gebildet, die Position/Messwert(e) beinhalten. An einer Position können unterschiedliche Parameter gleichzeitig erfasst werden, so dass der Datensatz die Position enthält und mehrere Messwerte dieser Position zugeordnet sein können. So sind beispielsweise einzelne Messwerte betreffend bestimmte Parameter vergleichbar, die nach mehreren Umläufen der Messform an jeweils der gleichen Messposition innerhalb der Förderstrecke erfasst wurden. Das vorgeschlagene Überwachungssystem erhöht die Vergleichbarkeit und verbessert die Datenbasis, die mit diesen Datensätzen aufgebaut werden kann. Als weiterer positiver Aspekt wird die nahezu zeitgleiche Verfolgbarkeit der Produktion angesehen, wobei alle mit der Messform erfassten Parameter sofort sichtbar sind und ausgewertet werden können.
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Wenn sich die vorgeschlagene Messform in einer Bearbeitungsstation befindet, mit welcher Süßwarenmasse in eine Gießform einfüllbar ist, beispielsweise einer Gießstation oder ein Einleger für Süßwarenmasse, dann wird diese Bearbeitungsstation vorzugsweise gestoppt und die Messform nicht zur Herstellung von Süßwarenartikeln benutzt. Grundsätzlich ist es zwar möglich, Süßwarenmasse hineinzugießen, weil die Messform eine Gießform umfasst, deren Formvertiefungen intakt sind, jedoch müssen benutzte Gießformen regelmäßig gewaschen werden, was im Falle einer Messform die Sensoren und sonstigen Komponenten beinträchtigen könnte. Da ein Waschen der Messform eher vermieden wird, empfiehlt sich aus Gründen der Hygiene, sie nicht mit Süßwarenmasse zu befüllen. In bestimmten Fällen kann ein Befüllen mit Süßwarenmasse aber geboten sein, beispielsweise dann, wenn Eigenschaften der Messform im befüllten Zustand gemessen werden sollen. Zu bedenken ist auch, dass die Elektronikeinheit sowie die Batterie und Sensoren im Betrieb Wärme erzeugen, wodurch die Qualität der Süßwarenartikel nachteilig beeinflusst werden kann.
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Die kabellose Übertragungsschnittstelle ist vorzugsweise als Funksystem ausgelegt, das in einem für industrielle Zwecke freigegeben Frequenzband (ISM-Band - Industrial, Scientific and Medical Band) sendet und empfängt. Als Beispiel ist in Deutschland das 868 MHz ISM-Band ein ohne Lizenz verwendbares ISM-Band, das für die Erfindung benutzt werden könnte. In anderen Ländern mögen andere Frequenzen zu diesem Zweck frei verfügbar sein.
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Vorzugsweise ist das Überwachungssystem bidirektional ausgelegt, so dass mittels der Übertragungsschnittstelle auch Daten von der Basisstation zur Messform, respektive zu deren Elektronikeinheit übertragbar sind, so kann beispielsweise Start und Stop einer Messung durch ein Signal ausgelöst werden, das von der Basisstation zur Messform übertragen wird oder es kann die Messrate durch ein zur Messform übertragenes Signal eingestellt/geändert werden.
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Um eine für eine industrielle Produktionsanlge erforderliche Funkreichweite zu erzielen, können zusätzliche Antennen und/oder Verstärker (Repeater) für das Funksignal eingesetzt werden.
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Die Messrate der verwendeten Sensoren kann im Bereich von drei Messwerten pro Sekunde bis hin zu drei Messwerten pro Hundertstelsekunde reichen. Dabei ist eine Batterie einsetzbar, die für bestimmte elementare Sensoren bei einem Messwert pro Sekunde eine Lebensdauer von ca. 4 Jahren erreichen kann. Für den erfindungsgemäßen Zweck kann beispielsweise eine handelsübliche Batterie Typ CR123A verwendet werden, die eine Ladung von ca. 1200 mAh aufweist. Bei einem Messwert pro Hundertstelsekunde kann ihre Lebensdauer ca. 6 Monate betragen.
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Wenn eine kritische Bedingung erfasst wird, lässt sich eine kurze Reaktionszeit erzielen, die bis auf 3 Millisekunden gesenkt werden kann. So kann das Überwachungssystem z.B. sehr schnell eine Sicherheitsabschaltung durchführen.
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Zweckmäßig ist das Zuordnungsmittel innerhalb der Elektronikeinheit der Messform vorgesehen. Alternativ kann es in der Basisstation vorgesehen sein oder innerhalb einer der Basisstation nachgeschalteten Auswertungseinheit angeordnet sein. Es kann sogar als Teil des Überwachungssystems so angeordnet sein, dass es in die Anlagensteuerung hineinreicht. Es kann in der Anlagensteuerung angeordnet werden. Es dient dann quasi einer Verbindung zwischen der Anlagensteuerung und dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Elektronikeinheit einen Zwischenspeicher umfasst, in dem Messwerte und zugeordnete Positionsdaten zusammenführbar und speicherbar sind als gemeinsamer Datensatz.
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Für die Erfassung der Positionsdaten der Messform kann wenigstens ein logisches Schieberegister vorgesehen sein oder ein RFID-Datenträger (RFID-Chips) an der Messform angeordnet und entlang der Förderstrecke RFID-Leseköpfe vorgesehen sein. Eine Positionserfassung mittels RFID-Datenträger an der Messform erfordert einen Transponder, welcher an der Transportstrecke stationär angeordnet sein sollte. Die Übertragung von Positionsdaten auf diese Weise ist sehr zuverlässig, da RFID-Chips robust und wenig fehleranfällig sind. Die Gefahr, dass eine Fehlposition ermittelt wird, ist sehr gering. Bei vorhandenen Produktionsanlagen, die bereits RFID-Chips für andere Zwecke umfassen, kann ein vorhandener Transponder auch zum Auslesen von RFID-Chips verwendet werden, die für den erfindungsgemäßen Zweck vorgesehen sind. Eine Auf- oder Umrüstung einer vorhandenen Produktionsanlage mit RFID-Chip ist dann nicht notwendig. Dies macht ein Nachrüsten des erfindungsgemäßen Überwachungssystems kostengünstig. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei einer Positionsermittlung oder Zwischenpositionsermittlung eine eindeutige Zuordnung der Messformen durch den RFID-Chip zusammen mit dem stationären Transponder möglich ist.
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Eine andere Alternative sieht einen Positionssensor an der Messform vor sowie einen Positionssender außerhalb. Solche Systeme stellen eine Art „GPS“ in Kleinformat dar, das nicht global sondern beschränkt auf geringere Distanzen für Industriegelände und -hallen verfügbar ist. Module, welche Positionsdaten senden und entsprechende Positionssensoren, welche diese Positionsdaten empfangen, sind verfügbar. Die Erfassung von Positionsdaten kann blockweise erfolgen. Ein Block ist z.B. ein Streckenabschnitt einer Förderstrecke. Je mehr Sender entlang der Förderstrecke angeordnet sind, desto genauer kann ein Positionssensor der Messform die richtigen Positionskoordinaten ermitteln. Die Vorteile dieser Variante sind eine hohe Zuverlässigkeit und es handelt sich um eine kostengünstige Alternative.
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Die einfachste Lösung für die Erfassung der Positionsdaten stellt eine Zähleinrichtung dar, mit welcher der Takt der Anlage zählbar ist (Anlagentakt). Ein Takt bezieht sich auf die Förderbewegung, mit der eine Gießform aus einer Bearbeitungsstation hinaus gefördert und gleichzeitig die nächste Gießform in diese Bearbeitungsstation hinein gefördert wird, wobei zwischen den Takten ein Stillstand der Gießformen vorgesehen ist, um in der jeweiligen Bearbeitungsstation einen Bearbeitungsschritt durchführen zu können. Die Taktzahl einer Produktionsanlage bezieht sich darauf, wie viele Gießformen pro Zeiteinheit (beispielsweise pro Minute) in der Produktionsanlage bearbeitet werden beziehungsweise auf den Ausstoß der Produktionsanlage, also wie viele Gießformen mit fertigen Artikeln die Produktionsanlage pro Minute herstellt. Mit einer Zähleinrichtung für die Takte kann dann stets auf die aktuelle Position jeder Gießform beziehungsweise Messform rückgeschlossen werden.
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Die Ausführungsform mit einer Zähleinrichtung für die Takte der Anlage stellt die einfachste Variante zur Positionserfassung dar. Zumeist haben aber einzelne Bearbeitungsstationen einer Produktionsanlage eigene Antriebe und zwischen den Antrieben verschiedener Bearbeitungsstationen können Phasenverschiebungen auftreten, welche sich auf die Transportbewegung der Gießformen auswirken. So können Abweichungen zwischen der durch Zählung ermittelten Position und der tatsächlicher Position der Messform entstehen. Die Zähleinrichtung zählt die Anlagentakte ab dem Zeitpunkt des Einlegens der Messform in die Produktionsanlage. Zur positionsgenauen Zuordnung ist es notwendig, die Messform immer an einer definierten Position der Süßwarenanlage einzubringen.
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Die Zähleinrichtung bezieht den Anlagentakt, den es zu zählen gilt, von einem zentralen Antrieb, der als taktgebende Leitachse hergenommen wird. Dies berücksichtigt jedoch keine Phasenverschiebungen von anderen Antrieben einzelner Bearbeitungsstationen. Deshalb ist die Genauigkeit der erfassten Position einer Messform eher grob, gewisse Ungenauigkeit müssen bei dieser Ausführung geduldet werden. Als Vorteil ist anzusehen, dass eine Zähleinrichtung für den Anlagentakt einfach nachgerüstet werden kann, so dass auch ältere Produktionsanlagen auf diese Weise nachgerüstet werden können.
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Alternativ können die Positionsdaten mittels eines logischen Schieberegisters erfassbar sein. Darüber hinaus kann das logische Schieberegister zweckmäßig als ein logisches Anwesenheits-Schieberegisters ausgeprägt sein, mit dem pro Streckeneinheit der Förderstrecke ein Anwesenheitssignal für die Anwesenheit der betreffenden Messform und/oder Gießform in der entsprechenden Streckeneinheit erzeugbar ist.
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Meist wird bei einer Produktionsanlage für Süßwaren eine Gießform taktweise zu einzelnen Bearbeitungsstationen transportiert, dort angehalten und in der Regel ein Bearbeitungsschritt durchgeführt, bevor die Gießform weitertransportiert wird. Wenn das Positionserfassungsmittel als ein logisches Schieberegister ausgebildet ist, dann wird der taktweise Transport jeder Gießform beziehungsweise der Messform in einer logischen Schaltung des Schieberegisters abgebildet und zwar vorzugsweise betreffend die gesamte Produktionsanlage.
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Das Schieberegister umfasst eine Software, die auf einer geeigneten Hardware läuft.
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Im Falle einer umlaufenden Produktionsanlage, in welcher Gießformen taktweise in einer Endlosschleife umlaufen können, ist bevorzugt ein Schieberegister mit Datenringspeicher vorgesehen. Darin ist die gesamte umlaufende Förderstrecke der Produktionsanlage virtuell ringförmig abgebildet. Die virtuelle Anzahl möglicher Positionen in dem Datenringspeicher entspricht der Anzahl der Positionen, welche innerhalb der Förderstrecke vorhanden sind und von einer Gießform/Messform real eingenommen werden können.
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Jede Streckeneinheit einer Förderstrecke der Produktionsanlage kann im Schieberegister mit einem eigenen dafür vorgesehenen Speicherbereich im Registerspeicher abgebildet sein. Dies ermöglicht es, die Position einer Messform genau zu erfassen und zwar auch dann, wenn eine Streckeneinheit über eine eigene Transportvorrichtung verfügt und mit einem separaten Antrieb versehen ist, weil dann im Schieberegister auch eine etwaige Phasenverschiebung des separaten Antriebs relativ zu einem zentralen Antrieb erfasst werden kann, wenn der zentrale Antrieb als taktgebende (virtuelle) Leitachse dient.
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Grundsätzlich erhält das Schieberegister aus der Anlagensteuerung ein Signal darüber, mit welchem Anlagentakt die Produktionsanlage die Gießformen entlang der Förderstrecke taktweise transportiert. Zweckmäßig ist das Schieberegister, welches Teil des Überwachungssystems ist, quasi als Zubehör in der Anlagensteuerung der Produktionsanlage angeordnet. Es ergibt sich hier eine Schnittstelle zwischen der Anlagensteuerung und dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem. Bei der vorgeschlagenen Ausführung bedeutet dies, dass das als Schieberegister ausgebildete Positionserfassungsmittel mit der Anlagensteuerung verquickt ist. Das Schieberegister kann als Software vorgesehen sein, die auf einer geeigneten Hardware der Anlagensteuerung installierbar ist. Alternativ kann eine geeignete Hardware ergänzt werden, die über eine Schnittstelle mit der Anlagensteuerung verbindbar ist.
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Darüber hinaus bietet ein Schieberegister die Möglichkeit, weitere Daten/Informationen/Messwerte abzulegen und diese auszuwerten, um den Zustand (Status) der Gieß- und Messform abzubilden. Das Schieberegister übernimmt dann gleichzeitig auch die Funktion des Zuordnungsmittels, welches die Zusammenführung der Daten/Informationen/Messwerte einerseits und der zugehörigen Positionsdaten der Messform andererseits leistet. Somit ist bei dieser Ausführung auch das Zuordnungsmittel, welches Teil des erfindungsgemäßen Überwachungssystems ist, in der Anlagensteuerung angeordnet und mit dieser verquickt.
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Wenn das Überwachungssystem mit dem oben vorgeschlagenen Schieberegister versehen ist, welches das Positionserfassungsmittel sowie das Zuordnungsmittel integriert, dann kann mittels dieses Überwachungssystems die Anlagensteuerung beziehungsweise einzelnen Anlagenteilen der Produktionsanlage zweckmäßig beeinflusst werden, beispielsweise können Anlagenteile auf das Ankommen der Messform vorbereitet werden.
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Mit diesen Informationen und mittels eines Regelwerks ist es beispielsweise möglich auf den mechanischen Zustand der Produktionsanlage rückzuschließen und diesen zu beurteilen, insbesondere auf den mechanischen Zustand der Transportvorrichtung und beteiligter Aggregate der Produktionsanlage und zwar stets genau an der richtigen Position, an welcher die Messform die entsprechenden Informationen/Messwerte erfasst hat. Bei signifikanten Abweichungen vom Regelwerk kann unmittelbar eingegriffen werden und die Transportvorrichtung auf diesem Streckenabschnitt nachjustiert bzw. repariert werden, bevor ein Schaden an der Produktionsanlage und insbesondere an den Gießformen entsteht. Beispielsweise kann damit eine Kontamination von Süßwarenartikeln durch Kunststoffabrieb von Messformen detektiert werden. Kontaminierte Artikel lassen sich dann aussondern. Ebenso kann die Temperatur der Form erfasst und mittels des Regelwerks entschieden werden, ob die Temperatur für den Herstellprozess akzeptabel ist.
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In Verbindung mit einem Regelwerk kann das Schieberegister als „intelligentes“ Schieberegister wirken, welches Vergleichsparameter/Vergleichsdaten des Regelwerks beispielsweise betreffend die Position, die Temperatur, die Beschleunigung, etc. berücksichtigt. Auf diese Weise liefert das Schieberegister nicht nur Daten/Datensätze an die Auswerteeinheit, sondern stellt auch Daten/Datensätze betreffend die Messform bereit, welche an die Anlagensteuerung gesandt und dort verwendet werden können, um die Produktion zu verbessern.
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Obwohl die Messwerte unmittelbar die Messform betreffen, lassen sich damit auch Rückschlüsse ziehen auf benachbarte Gießformen, welche der Messform vorausgehen oder ihr in der Transportstrecke folgen, die aber keine eigenen Sensoren aufweisen und nicht als Messform hergerichtet sind.
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Wenn die Messform taktweise durch die Produktionsanlage bewegt wird, dann werden synchron auch die Daten/Datensätze durch das Schieberegister fortbewegt und quasi die Transportbewegung digital abgebildet. Mit dem Schieberegister ist daher die Position der Messform stets sehr genau bekannt. Für jede Position sind die zutreffenden Daten/Informationen/Messwerte bekannt und sind der entsprechenden Position eindeutig zugeordnet. Außerdem sind die Position sowie die zugeordneten Daten/Informationen/Messwerte unmittelbar abgreifbar.
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Die Ausführungsform, die als Zuordnungsmittel ein Schieberegister hat, wird als eine besonders zweckmäßige und leistungsfähigste Ausführungsform der Erfindung angesehen. Stets stellt eine Position im Schieberegister quasi eine Position der Messform innerhalb der Transportstrecke der Produktionsanlage dar. Darüber hinaus ist es nutzbringend, dass mit dem Schieberegister für jede Position entlang der Transportstrecke oder für jede Position, von der Messwerte erwünscht sind, viele unterschiedliche Parameter gemessen und gespeichert werden können. Auch können Messwerte pro Umlauf der Messform wiederholt erfasst werden, wobei entweder ein Messwert des vorherigen Umlaufs gelöscht beziehungsweise überschrieben wird oder der frühere Messwert wird beibehalten und der neue Messwerte in einer Reihe ergänzt und fortgeschrieben. Mit solchen Messwertreihen kann eine Datenbank aufgebaut und Erfahrungen gesammelt werden.
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Ein weiterer Nutzen wird darin gesehen, wenn zwischen der Basisstation und der Auswertungseinrichtung eine Datenstrecke ist, für die eine kabellose zweite Übertragungsschnittstelle vorgesehen ist. Die zweite Übertragungsschnittstelle ist vorzugsweise, ebenso wie die erste Übertragungsschnittstelle wiederum ein Funksystem, das in einem für industrielle Zwecke freigegeben Frequenzband (ISM-Band) sendet und empfängt.
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Der Einsatzbereich lässt sich erweitern, wenn zumindest die zweite als Funksystem ausgelegte Übertragungsschnittstelle Teil eines kabellosen Datennetzes ist, welches an eine Anlagensteuerung der industriellen Produktionsanlage ankoppelbar ist. Die Produktionsanlage kann beispielsweise ein Ethernet Bussystem umfassen, beispielsweise ein Industriebussystem, wie das System ProfiNet® der Firma Siemens. Dann sieht das vorgeschlagene Überwachungssystem eine passende Schnittstelle vor, um das Funksystem an das Bussystem der Produktionsanlage anzukoppeln. Auf diese Weise können die erfassten Messwerte und zugeordneten Positionsdaten in die Anlagensteuerung übernommen werden und dort als Signal zur Anpassung der Anlagensteuerung nützen. Die von der Basisstation ankommenden Daten können zum Vergleich mit Solldaten herangezogen werden, die für die entsprechende Position der Förderstrecke erwartet werden. Es lässt sich so mittels der Anlagensteuerung prüfen, ob eine Abweichung vorliegt und ob die Abweichung ggf. festgelegte Grenzen einhält oder bei einem Überschreiten sofort ein Anlagenbefehl generiert werden muss, um einen entsprechenden Parameter der Produktionsanlage anders einzustellen oder in einer kritischen Situation gar einen Stopp der Produktionsanlage zu erzwingen. Ebenso ist es möglich, ein Warnsignal zu erzeugen, um Bedienpersonal auf bestimmte Gegebenheiten hinzuweisen, die der Aufmerksamkeit bedürfen. So können also bestimmte Grenzen in einem elektronischen Regelwerk abgelegt werden und für alle oder für bestimmte Positionen, respektive für alle nur für bestimmte Streckeneinheiten entlang der Förderstrecke individuelle Grenzwerte für die jeweiligen gemessen Parameter festgelegt werden. Auf schädliche Einflüsse für die Gießform/Messform kann umgehend mit geeigneten Gegenmaßnahmen reagiert werden. Es wird als großer Vorteil angesehen, einen Defekt an einer Gießform oder ein Versagen der Gießform frühzeitig entgegen wirken zu können. Eine Grenzwertüberwachung kann mehrstufig gestaltet sein, beispielsweise Warnhinweis als erste Stufe und strengere Maßnahme als weitere Stufe, etc.
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Ein wichtiger Aspekt zum Einsatz der Messform ist die regelmäßige und/oder bedarfsorientierte Überprüfung der Anlageneinstellung. So können alle äußeren Einflüsse auf eine Messform gemessen und kontrolliert werden. Auf diese Weise lässt sich indirekt überwachen, wie lange eine Gießform beziehungsweise ein Satz aus mehreren Gießformen mechanisch beansprucht werden kann und sie lässt sich rechtzeitig vorher aussondern, bevor mit einer Zerstörung der Gießform zu rechnen ist sowie mit möglichen Folgeproblemen z.B. Kunststoffsplittern einer geborstenen Gießform, die in das gegossene Süßwarenprodukt herabfallen. Insbesondere überprüft werden können mechanische Einflussgrößen wie Dehnung, Stauchung und Stöße, welche auf die Gießform einwirken und zu einem Defekt führen könnten.
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Zweckmäßig hat die Auswertungseinheit einen Rechner, auf welchem eine Auswertungssoftware zur Datenauswertung installierbar ist, wobei über die zweite Übertragungsschnittstelle auch die Auswertungseinheit mit der Anlagensteuerung der Produktionsanlage koppelbar ist.
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Die Handhabung kann verbessert werden, indem die Batterie der Messform als aufladbare Batterie ausgeführt ist, respektive Akku, und außerdem eine Ladestation vorgesehen ist, die eine definierte Ladeposition für die Messform vorsieht, um in der Ladeposition die Batterie aufzuladen.
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Weiter verbessert werden kann das Überwachungssystem, wenn die Ladestation in einer Produktionsanlage für Süßwaren integrierbar ist. Sie kann quasi als Ladestation für die Messform fungieren, aus der heraus die als Messform modifizierte Gießform wieder in die Förderstrecke der Produktionsanlage bewegt werden kann.
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Die Handhabung lässt sich vereinfachen, wenn mit einer dafür hergerichteten Batterie die Ladestation kontaktlos Energie zur Aufladung übertragen kann.
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Die Ladestation kann so hergerichtet sein, dass damit die Messform für die Dauer der Aufladung aus der Transportstrecke herausgenommen und in eine Ladeposition gebracht werden kann. In der Ladeposition erfolgt eine kontaktlose Energieübertragung hin zur wieder aufladbaren Batterie, beispielsweise mittels induktiver Kopplung in einem nahen elektromagnetischen Feld. Zu diesem Zweck kann eine stationäre elektrische Spannungsquelle vorgesehen sein, die ein in der Ladestation fix angeordnetes Sendeelement versorgt, das seinerseits mit einer fest installierten Induktionsspule versehen ist. Die Induktionsspule wirkt kontaktlos zusammen mit Elementen, welche der Messform zugeordnet sind und mit dieser beweglich sind, nämlich einem Empfangselement und einer Kopplungsspule. Wenn die Messform ihre Ladeposition eingenommen hat, dann befindet sich die stationäre Induktionsspule nah an der Messform. Innerhalb der Messform ist die Kopplungsspule so angeordnet, dass sie gleichfalls eine kurze Distanz zur Induktionsspule hat. So ist gewährleitet, dass ein Änderung des von der Induktionsspule erzeugten Elektromagnetfeldes in der Kopplungsspule eine Spannung erzeugt und ein Ladestrom zur Aufladung der Batterie zur Verfügung steht.
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Um die Messform aus der Transportstrecke heraus zu nehmen und in die Ladestation zurück bewegen zu können, sind Tragelemente parallel zur Transportrichtung vorgesehen, welche an gegenüberliegenden Seitenrändern der Messform angeordnet sind. Die beiden Tragelemente sind so hergerichtet, dass sie sich, gemeinsam auf und abwärts bewegen lassen und dabei die Messform tragen. In einer Ausgangsposition befinden sich die Tragelemente unterhalb der Transportebene der Gießformen bzw. der Messform. Wenn eine Messform die Ladestation erreicht hat, werden die Tragelemente aufwärts bewegt und die Messform aus der Transportstrecke gehoben bis sie ihre Ladeposition erreicht hat. Sie kann nach Bedarf für eine ganze oder teilweise Aufladung verweilen und anschließend wieder abgesenkt werden in die Transportebene.
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Die Effektivität der kontaktlosen Energieübertragung lässt sich verbessern, wenn die Positionierung der Kopplungsspule relativ zur Induktionsspule optimiert ist. Der obige Vorschlag beinhaltet, diejenige Seite der Messform, an welcher die Kopplungsspule angeordnet ist, möglichst nah an die Induktionsspule heran zu bringen. Darüber hinaus nützen weitere Maßnahmen, um einen seitlichen Versatz und/oder einen Höhenversatz der Kopplungsspule relativ zur Induktionsspule zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann die Messform, vorzugsweise an der Seite der Kopplungsspule mit Haftmagneten versehen sein, die mit entsprechend positionierten Magnetisierungspunkten innerhalb der Ladestation zusammenwirken. Auf diese Weise lässt sich eine optimale Position zwischen Induktionsspule und Kopplungsspule gewährleisten.
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Als Teil des Überwachungssystems wird eine Messform vorgeschlagen mit einer Gießform, an der wenigstens ein Sensor angeordnet ist, sowie mit einer Elektronikeinheit und einer Batterie sowie mit einer kabellosen Übertragungsschnittstelle zur Überbrückung einer Datenstrecke zu einer Basisstation, wobei die Gießform (Messform), respektive die Elektronikeinheit ein Positionserfassungsmittel zur Erfassung der Positionsdaten der Messform aufweist, mit dem Positionsdaten erfassbar sind während die Gießform entlang der Förderstrecke einer Produktionsanlage für Süßwaren bewegt wird.
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Auf schädliche Einflüsse für die Gießform/Messform kann umgehend mit geeigneten Gegenmaßnahmen reagiert werden. Es wird als großer Vorteil angesehen, einem Defekt an einer Gießform/Messform oder einem Versagen der Gießform/Messform frühzeitig entgegen wirken zu können.
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Als hilfreicher Sensor für die Messform, insbesondere wenn diese zur Herstellung von Schokoladenartikeln vorgesehen ist, wird ein Sensor zur Erfassung der Kontraktion der Schokoladenmasse angesehen (Kontraktionssensor). Anders als andere Süßwarenmassen hat Schokolade die Eigenschaft, während der Erstarrung seine Kristallisationsstruktur so zu ändern, dass eine Kontraktion stattfindet, die detektierbar ist.
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Als Beispiel für einen geeigneten Kontraktionssensor wird eine Kombination aus Ultraschallsender und Ultraschallempfänger vorgeschlagen, welche Körperschall mit Ultraschallfrequenz in das Material der Gießform einkoppelt, welche die Basis der Messform bildet. Der Körperschall setzt sich bis in den Schokoladenkörper fort wird reflektiert und vom Ultraschall Empfänger erfasst. Das Einsetzen einer Kontraktion der Schokoladenmasse verändert die Ankopplung der Schokolade an die Gießform. Körperschall lässt sich immer schlechter in die Schokolade einkoppeln, je weiter sich diese von der Gießform ablöst. Auf diese Weise ist der Grad der Erstarrung der Süßwarenmasse unmittelbar erfassbar. Der optimale Zeitpunkt für die Ausformung des Süßwarenartikels lässt sich so ausreichend genau bestimmen. Bei einem Süßwarenartikel aus Schokolade ist die Ausformung zu einem Zeitpunkt zweckmäßig, wenn die Kontraktion der Schokolade zumindest in Gang gekommen ist. Vorher haftet die Schokolade noch an der Gießform, so dass eine Ausformung misslingen kann. Dies würde den Produktionsablauf stören und Ausschuss bedeuten.
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Mit einem Sensor zur Erfassung einer Kontraktion der Schokolade lässt sich die Energieeffizienz der Produktionsanlage verbessern. Insbesondere kann die Kühlung der Formen so optimiert werden, dass die Schokoladenartikel rechtzeitig beim Erreichen der Ausformstation hinreichend kontrahiert bzw. konditioniert sind, um sich zuverlässig ausformen zu lassen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise auf die Temperatur der Kühlstation Einfluss genommen werden oder auf die Durchlaufgeschwindigkeit der Gießform durch die Kühlstation oder auf andere geeignete Parameter, die eine Kontraktion rechtzeitig für die Ausformungsstation bezwecken können. Ohne Kenntnis des Kontraktionszeitpunktes der Schokolade, wird heutzutage mehr gekühlt als notwendig, um eine zuverlässige Erstarrung der Schokolade zu gewährleisten. Somit wird mehr Energie eingesetzt als eigentlich erforderlich. Diesem Problem hilft der vorgeschlagene Kontraktionssensor zuverlässig ab.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand von mehreren Figuren beschrieben, es zeigen:
- 1a Eine Gießform eines Überwachungssystems, welche als Messform mit Messeinrichtungen ausgestaltet ist,
- 1b die Unterseite der Messform gemäß 1a,
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Überwachungssystem, schematisch dargestellt anhand eines Ausschnitts einer Produktionsanlage für Süßwaren,
- 3 eine Visualisierung der Messung eines an der Messform vorgesehenen Sensors zur Schwingungsmessung,
- 4 eine Visualisierung von Auswertungsbeispielen der Schwingungsmessung gemäß 3,
- 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Überwachungssystems,
- 6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Überwachungssystems,
- 7 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Überwachungssystems,
- 8 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Überwachungssystems
- 9 eine ausschnittsweise Darstellung einer Ladestation für eine wiederaufladbare Batterie der Messform.
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In den 1a und 1b ist eine Gießform dargestellt, die zu einer Messform 1 erweitert worden ist, beziehungsweise die Basis dafür bildet. Die Messform 1 ist ein wichtiger Bestandteil des vorgeschlagenen Überwachungssystems.
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Bei der Messform 1 handelt es sich um eine mit Sensoren und Elektronik versehene Gießform. Sie hat übliche Formvertiefungen 2 an ihrer Oberseite 1a, wie in 1a zu erkennen. Die Formvertiefungen 2 stehen grundsätzlich für eine Befüllung mit Süßwarenmasse und für eine Formgebung von Süßwarenartikeln zur Verfügung.
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In 1b ist eine Perspektive auf die Unterseite 1b der Messform 1 zu sehen. An der Unterseite 1b ist eine Elektronikeinheit 3 angeordnet und als Komponente der Elektronikeinheit 3 ein Positionserfassungsmittel 4 für die Positionsdaten der Messform 1 sowie darüber hinaus ein Zuordnungsmittel 5 und eine Übertragungsschnittstelle 6. Zur Energieversorgung der Elektronikeinheit und ihrer Komponenten ist eine Batterie 7 vorgesehen.
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Angeschlossen an die Elektronikeinheit 3 sind mehrere Komponenten, beispielsweise Sensoren, wie einen Temperatursensor 8, einen Feuchtesensor 9, einen Luftdrucksensor 10, einen Beschleunigungssensor 11 sowie ein Kontraktionssensor 12. Alle Sensoren, die elektrische Energie benötigen, sind über die Batterie 7 mit Energie versorgt. Darüber hinaus können auch Dehnungssensoren, Drucksensoren, Ultraschallsensoren, etc. der Messform 1 appliziert sein (nicht dargestellt).
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Mit dem Positionserfassungsmittel 4 ist die Position der Messform 1 entlang einer Förderstecke einer Produktionsanlage erfassbar, so dass zum Zeitpunkt einer jeden Messung Daten betreffend die Position der Messform 1 zum jeweiligen Messzeitpunkt vorliegen. Mithilfe des Zuordnungsmittels 5 können dann jedem Messwert die passenden Positionsdaten zugeordnet werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Zuordnungsmittel 5 an der Messform 1 vorgesehen und bildet in diesem Beispiel einen Bestandteil der Elektronikeinheit 3. Alternativ kann das Zuordnungsmittel auch außerhalb der Messform 1 an anderer Stelle innerhalb des vorgeschlagenen Überwachungssystems vorgesehen sein.
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Die Elektronikeinheit 3 enthält zweckmäßig eine Logik zur Sammlung von Messwerten und ggf. auch zur Sammlung von erfassten Positionsdaten. Das Zuordnungsmittel 5 ist in diesem Beispiel in der Logik der Elektronikeinheit 3 integriert. Mit der erwähnten Übertragungsschnittstelle 6 werden Daten, Messwerte und Positionsdaten an eine Basisstation 21 übertragen, die gleichfalls Bestandteil des Überwachungssystems ist. Alle anfallenden Daten sind auf diese Weise zur Basisstation 21 übertragbar, d.h. Messwerte der Messform 1 ebenso wie Positionsdaten, sofern die Positionsdaten in der Elektronikeinheit 3 generiert werden.
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Da die Messform 1 mit einer Elektronikeinheit 3 versehen ist, kann es Gründe geben, darauf zu verzichten die Messform 1 mit Süßwarenmasse zu befüllen. Eine Gießform, die mit Süßwarenmesse befüllt wird, muss nach der Ausformung der fertigen Süßwarenartikel gereinigt werden. Hierfür gibt es eine Waschstation, in der Wasser und unter Umständen Reinigungsmittel zum Einsatz kommt. Eine solche Reinigungsbehandlung könnte die Messform 1 unter Umständen beeinträchtigen, selbst wenn die Komponenten ihrer Elektronikeinheit 3 wassergeschützt oder wasserdicht ausgeführt sind, sollte dies behutsam durchgeführt, wenn nicht vermieden werden.
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Mit dem vorgeschlagenen Überwachungssystem kann nun jeder Messwert sofort nach der Messung der passenden Position zugeordnet werden, an welcher sich die Messform 1 zum Zeitpunkt der Messung befunden hat.
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Vorzugsweise ist die Übertragungsschnittstelle 6 als aktive Datenübertragungselektronik ausgelegt, die in der Lage ist, alle anfallenden Messwerte in Echtzeit kabellos zu übertragen. Dies ermöglicht eine rasche Auswertung und erlaubt es die Ergebnisse sofort für eine Anlagensteuerung der Produktionsanlage zur Verfügung zu stellen.
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In 2 ist eine Produktionsanlage 14 für Süßwaren schematisch und ausschnittsweise dargestellt. Außerdem sind die wesentlichen Bestandteile des vorgeschlagenen Überwachungssystems gezeigt. Der Ausschnitt zeigt beispielhaft fünf Bearbeitungsstationen der Produktionsanlage, nämlich als erste Bearbeitungsstation eine Gießstation 15, dann eine Rüttelstation 16, eine Kühlstation 17, eine Twiststation 18, mit der jeweils eine einzelne Gießformen tordiert werden kann, um fertige Süßwarenartikel herauszulösen, und eine Ausformungsstation 19. Des Weiteren ist eine Anlagensteuerung 20 dargestellt, die zur Produktionsanlage zählt. Zum Überwachungssystem gehört hingegen eine Messform 1, die der in den 1a/1b gezeigten Messform 1 entspricht. Im Beispiel von 2 befindet sich diese Messform 1 gerade in der Gießstation 15. Außerdem ist eine Basisstation 21 dargestellt, welche Bestandteil des vorgeschlagenen Überwachungssystems ist. An der Basisstation 21 ist eine Auswertungseinheit 22 in Form eines Auswertungsrechner vorgesehen. Diese kann beispielswiese als PC ausgeführt sein. An der Auswertungseinheit 22 ist ein Bildschirm 23 angeschlossen, der ebenfalls zum Überwachungssystem gehört. Die Messform 1 umfasst das Positionserfassungsmittel 4 für die Positionsdaten der Messform 1 sowie insbesondere auch das Zuordnungsmittel 5, mit dem die jeweilige Position der Messform 1 zum Zeitpunkt der Messung stets dem entsprechenden Messwert zugeordnet werden kann. Die zusammengeführten Daten - Messwert und Position - können dann zur Basisstation 21 übertragen werden. Auch die Auswertung kann bereits in der Logik der Elektronikeinheit 3 erfolgen und an die Basisstation 21 übertragen werden. Mit der Basisstation 21 lassen sich die Daten - Messwert und Position - sowie die Auswertung dieser Daten visualisieren und/oder an die Anlagensteuerung 20 der Produktionsanlage 14 übertragen.
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Zwischen der Übertragungsschnittstelle 6 der Messform 1 und der Basisstation 21 ist eine vorzugsweise kabellose Datenübertragung vorgesehen. Ebenso ist die Anlagensteuerung 20 vorzugsweise kabellos mit der Basisstation 21 verbunden. Zwischen der Basisstation 21 und der Übertragungsschnittstelle der Messform 1 können Daten in beide Richtungen übermittelt werden (bidirektional). Auf diese Weise lassen sich z.B. Abtastraten eines Sensors ändern. Informationen, wie Abtastraten können in der Elektronikeinheit 3 gespeichert sein oder in dem Sensor selbst. Sie lassen sich aufgrund der bidirektionalen Übertragbarkeit von Daten einfach ändern und zwar von der Basisstation 21 aus. Genauso lässt sich auf diese Weise ein Sensor aktivieren oder deaktivieren. So kann z.B. ein Sensor deaktiviert werden wenn keine Messung notwendig ist, beispielsweise wenn die Messform 1 gerade eine Bearbeitungsstation der Produktionsanlage 14 durchläuft, welche keine Überwachung/Messung braucht. Mit einer vorübergehenden Deaktivierung von Sensoren lässt sich Energie einsparen.
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Eine Visualisierung einer Messung ist beispielhaft in 3 dargestellt. So sieht ein mittels der Messform 1 erfasstes Schwingungsverhalten f aus, grafisch als Schwingungskurve 24 über der Zeit t dargestellt. Es ist mit einem an der Messform 1 vorgesehenen Beschleunigungssensor 11 erfasst worden. In der Visualisierung sind beispielhaft eine obere Grenze 25a und eine untere Grenze 25b für die Schwingung eingezeichnet, die als Regelwerk im Überwachungssystem hinterlegt sind. Das Regelwerk kann beispielsweise in der Elektronikeinheit 3 der Messform 1, in der Basisstation 21 oder in der Auswertungseinheit 22 hinterlegt sein. Eine Überschreitung der definierten Grenzen, kann z.B. ausgenutzt werden zum Auslösen eines Warn- oder Störsignals. Alternativ kann eine Überschreitung der Grenzen ein Signal auslösen, dass unmittelbar an die Anlagensteuerung 20 der Produktionsanlage 14 übertragen wird, um dort eine Reaktion auszulösen, beispielsweise einen Parameter zu ändern, eine Wartungsanforderung zu erzeugen, einen Anlagenstopp vorzunehmen, etc.
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Ein Beispiel für eine praktische Anwendung der Schwingungsmessung mittels Beschleunigungssensor 11 ist anhand von 4 erläutert. Dort ist ein Schwingungsverhalten f quasi über den Förderstrecken der Messform 1 wiedergegeben. Einzelne Abschnitte der Förderstrecke sind mit Ziffern bezeichnet. Mit Ziffer 7 ist eine Station als Formenübergang bezeichnet, in der ein erhöhtes Schwingungsverhalten aufritt. Als Formenübergang wird ein Wechsel des Transports bezeichnet. Teils kann eine Transportvorrichtung durch mehrere Bearbeitungsstationen reichen, aber manchmal endet eine Transportvorrichtung und in einer folgenden Bearbeitungsstation beginnt eine neue Transportvorrichtung, so dass ein Übergang erfolgen muss, damit Gießformen beziehungsweise eine Messform weiter transportiert werden. Die Transportvorrichtungen können gleicher Art sein, beispielsweise Kettentransport, Zahnriementransport oder sonstige. Darüber hinaus kann der Formenübergang auch zwischen unterschiedlich artigen Transportvorrichtungen erfolgen. Jeder Übergang stellt eine mechanische Schnittstelle dar, an der Lücken, Kanten, etc. eine gewisse Störung im Transport der Gießformen bedeuten kann. Diese Übergänge sind potentielle Gefahrenstellen für die Gießform. Fehleinstellungen können zu übermäßiger Erschütterung führen, als notwendig, was die Qualität der Süßwarenartikel negativ beeinflussen und sogar Beschädigungen der Gießformen hervorgerufen kann. Im Sinne der Erfindung ist ein Schwingungsverhalten f als erhöht zu werten, wenn die im Diagramm (4) eingetragenen Grenzen überschritten werden. In 4 ist beispielhaft eine obere Grenze 25c am Formenübergang vorgesehen. Ziffer 8 bezeichnet die Ausformungsstation 19 der Produktionsanlage 14, in der Gießformen gewendet und gerüttelt werden, damit fertige Süßwarenartikel sich lösen und auf ein Transportband herunterfallen können. 4 zeigt im Bereich der Ausformungsstation 19 einen Ausschlag der Schwingungskurve, wobei dieser Ausschlag eine obere Grenze 25d überschreitet und eine untere Grenze 25e unterschreitet, welche im Regelwerk definiert sind. Dies deutet auf einen Verschleiß oder eine fortgeschrittene Schädigung der Gießform hin und erlaubt Rückschlüsse auf den Zustand der anderen Gießformen, beispielsweise dadurch, dass deren Lebensdauer bekannt ist, aber erlaubt Rückschlüsse auf den Zustand der Produktionsanlage. Wegen der Überschreitung dieser Grenze kann das Regelwerk einen Hinweis auf eine notwendige Überprüfung einer Bearbeitungsstation oder eine Wartung oder Justage derselben ausgeben oder ein Signal an die Anlagensteuerung 20 übermitteln, um eine entsprechende Reaktion einzuleiten.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Überwachungssystems ist in 5 dargestellt. Es entspricht dem Ausführungsbeispiel der 2 bis auf ein Detail, nämlich die geänderte Anordnung des Zuordnungsmittels 5. Es ist nämlich eine Elektronikeinheit 3a ohne Zuordnungsmittel 5 vorgesehen. Das Zuordnungsmittel 5 ist stattdessen in einer Basisstation 21a angeordnet. Diese Alternative vereinfacht den Aufbau der Messform 26, weil diese ohne Zuordnungsmittel ausgestaltet werden kann. Diese Alternative ist beispielsweise dann anwendbar, wenn die Position der Messform 26 mittels einer einfachen Zähleinrichtung ermittelt wird. Ein Taktsignal kommt üblicherweise aus der Anlagensteuerung 20. Diese Information - das Taktsignal - wird von der Anlagensteuerung 20 an die Basisstation 21a geleitet. Das Taktsignal kann somit in der Basisstation 21a umgewandelt werden in eine Positionsinformation und es kann dann in dem Zuordnungsmittel 5 mit den Messwerten zusammengeführt werden, welche von der Messform 26 an die Basisstation 21a übertragen worden sind.
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Es kann nützlich sein, das Zuordnungsmittel 5 außerhalb der Messform 26 anzuordnen, um die Messform technisch zu vereinfachen, beispielsweise weniger elektronische Bauteile an der Messform 26 anzuordnen.
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Es ist also eine Messform 26 ohne Zuordnungsmittel vorgesehen, die aber im Übrigen der Messform 1 gemäß den 1a/1b entspricht. Die Messform 26 erfasst die Positionsdaten und mittels der vorhandenen Sensoren (8, 9, 10, 11 und 12) auch die Messwerte. Dann werden die Messwerte und Positionsdaten parallel an die Basisstation 21a übertragen und mit dem dort vorgesehenen Zuordnungsmittel 5 wird ein gemeinsamer Datensatz aus Messwert und zugehörigen Positionsdaten gebildet. Wiederum kommuniziert die Basisstation 21a vorzugsweise kabellos mit einer Anlagensteuerung 20 der Produktionsanlage 14. Die Auswertung der Messwerte, Positionsdaten und die Datensätze mit den einander zugeordneten Messwerten und Positionsdaten erfolgt auch in der Basisstation 21a.
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Bei einem dritten Ausführungsbeispiel des Überwachungssystems, wie 6 veranschaulicht, ist das Zuordnungsmittel 5 der Auswertungseinheit 22 zugeordnet, welche die Daten beziehungsweise Datensätze - Messwert und Position - von der Basisstation 21 erhält und diese sowie auch die Auswertung der Daten mittels eines Bildschirms 23 visualisieren kann. Es ist wiederum eine Messform 26 ohne Zuordnungsmittel 5 vorgesehen, wie in 5 sowie eine Elektronikeinheit 3a. Im Übrigen entspricht das Überwachungssystem demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine einfache Lösung dar, die lediglich einer ausreichend leistungsfähigen Auswertungseinheit bedarf, um das Zuordnungsmittel 5 zu realisieren.
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In 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Überwachungssystems dargestellt, bei dem eine Messform 27 eine Elektronikeinheit 3b sowie Sensoren umfasst, nämlich Temperatursensor 8, Feuchtesensor 9, Luftdrucksensor 10, Beschleunigungssensor 11 sowie einen Kontraktionssensor 12. Außerdem ist eine Übertragungsschnittstelle 6 vorgesehen, welche die Elektronikeinheit 3b kabellos mit der Messform 27 einer Basisstation 21b verbindet. Das Positionserfassungsmittel 4 für die Erfassung der Positionsdaten der Messform 27 ist hingegen in einer Anlagensteuerung 20a der Produktionsanlage 14 angeordnet. D.h. bei diesem Ausführungsbeispiel reicht ein Teil des erfindungsgemäßen Überwachungssystems hinein in die Anlagensteuerung 20a. Die Basisstation 21b ist mit einer zweiten Übertragungsschnittstelle 6a versehen, welches sie kabellos mit der Auswertungseinheit 22 verbindet sowie auch mit der Anlagensteuerung 20a. Die zweite Übertragungsschnittstelle 6a kann selbstverständlich bei allen Ausführungsbeispielen als alternative Datenverbindung vorgesehen sein. Das Zuordnungsmittel 5 für die Zusammenführung der Messwerte und der Positionsdaten zu einem gemeinsamen Datensatz ist in diesem Beispiel ebenfalls in der Anlagensteuerung 20a vorgesehen und es ist mit dem Positionserfassungsmittel 4 integriert, nämlich in Form eines Schieberegisters SR, das einen Registerspeicher umfasst. Das Schieberegister SR kann sowohl die Position der Messform 27 erfassen, als Daten/Informationen/Messwerte passend zu dieser Position in seinem Registerspeicher als Datensätze abspeichern. Die Basisstation 21b empfängt Daten aus zwei Richtungen, einerseits gelangen die Messwerte von der Übertragungsschnittstelle 6 der Messform 27 zur Basisstation 21b und werden weitergeleitet zum Schieberegister SR. Wenn das Schieberegister SR die erwähnten Datensätze gebildet hat, werden diese ebenfalls an die Basisstation 21b gesendet und können von dort einer Auswertungseinheit 22 gesandt werden, wo sie angezeigt und analysiert werden können.
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Ein fünftes Ausführungsbeispiel des Überwachungssystems gemäß 8 sieht eine Messform 28 mit einer Elektronikeinheit 3c vor, die mit einem Positionserfassungsmittel versehen ist, das einen Positionssensor 29 hat. Der Positionssensor 29 empfängt Positionssignale, die ein zu diesem Zweck stationär angeordneter Positionssender 30 des Überwachungssystems ausstrahlt. Der Positionssender 30 arbeitet nach Art eines GPS-Senders, jedoch mit geringerer Reichweite, die für die Dimension eines Industriegeländes beziehungsweise von Industriehalle(n) ausreichen. Eine Basisstation 21a umfasst wiederum ein Zuordnungsmittel 5. Des Weiteren ist eine Ladestation 31 für die Batterie 7 der Messform 28 vorgesehen, mit der die Messform 28 aus der Transportvorrichtung beziehungsweise aus der Förderstrecke entnommen, aufgeladen und wieder in die Förderstrecke zurück gebracht werden. Details der Ladestation 31 in der Schnittdarstellung der 9 dargestellt.
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9 zeigt schematisch eine Ladestation 31, die dazu hergerichtet ist, eine wiederaufladbare Batterie 7 aufzuladen, welche an der Messform 1 angeordnet ist. Für die Dauer der Aufladung wird die Messform 1, die mit gestrichelter Linie auf dem Niveau der Transportstrecke dargestellt ist, von dort herausgenommen, im vorliegenden Beispiel herausgehoben. Dies geschieht mit einer Hebevorrichtung 32, welche die Messform 1 aus der Transportstrecke entnimmt und in eine Ladeposition 33 bringt. In der Ladeposition 33erfolgt eine kontaktlose Energieübertragung, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels induktiver Kopplung in einem nahen elektromagnetischen Feld. Zu diesem Zweck ist eine stationäre elektrische Spannungsquelle vorgesehen, die ein in der Ladestation fix angeordnetes Sendeelement 34 versorgt, das seinerseits mit einer fest installierten Induktionsspule 34a versehen ist. Die Induktionsspule 34a wirkt kontaktlos zusammen mit Elementen, welche der Messform 1 zugeordnet sind und mit dieser beweglich sind, nämlich einem Empfangselement 35 und einer daran angeschlossenen Kopplungsspule 35a. Wenn die Messform 1 in die Ladestation 31 hineinbewegt worden ist und ihre Ladeposition 33 eingenommen hat, dann befindet sich die stationäre Induktionsspule 34a nah an der Messform 1 aber kontaktlos. Innerhalb der Messform 1 ist die Kopplungsspule 35a so angeordnet, dass sie gleichfalls nah an der Induktionsspule 34a ist. So ist gewährleistet, dass ein Änderung des von der Induktionsspule 34a erzeugten Elektromagnetfeldes bis zur Kopplungsspule 35a reicht, so dass in der Kopplungsspule 35a eine Spannung erzeugt werden kann und ein Ladestrom zur Aufladung der Batterie 7 zur Verfügung steht.
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Um die Messform 1 aus der Transportstrecke zu entnehmen und in die Ladeposition 33 zu bringen, dient die erwähnte Hebevorrichtung 32. Diese ist mit Tragelementen 36 und 37 versehen, die parallel zur Transportrichtung an beiden Seitenrändern der Messform 1 angeordnet sind. Die Tragelemente 36 und 37 lassen sich auf- und abwärts bewegen, um die Messform 1 zu heben und abzusenken. In einer Ausgangsposition befinden sich die Tragelemente unterhalb einer Transportebene der Gießformen bzw. der Messform 1. Wenn eine Messform 1 entlang der Förderstrecke bis zur Ladestation 31 transportiert worden ist kann sie dann mittels der Tragelemente 36 und 37 aufwärts bewegt und die in ihre Ladeposition 33 gebracht werden. Dort kann sie nach Bedarf ganz oder teilweise aufgeladen werden und anschließend wieder zwecks weiteren Einsatzes in eine passende Lücke zwischen anderen Gießformen in die Transportebene abgesenkt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messform
- 1a
- Oberseite
- 1b
- Unterseite
- 2
- Formvertiefung
- 3
- Elektronikeinheit
- 3a
- Elektronikeinheit
- 3b
- Elektronikeinheit
- 3c
- Elektronikeinheit
- 4
- Positionserfassungsmittel
- 5
- Zuordnungsmittel
- 6
- Übertragungsschnittstelle
- 6a
- zweite Übertragungsschnittstelle
- 7
- Batterie
- 8
- Temperatursensor
- 9
- Feuchtesensor
- 10
- Luftdrucksensoren
- 11
- Beschleunigungssensor
- 12
- Kontraktionssensor
- 14
- Produktionsanlage
- 15
- Gießstation
- 16
- Rüttelstation
- 17
- Kühlstation
- 18
- Twiststation
- 19
- Ausformungsstation
- 20
- Anlagensteuerung
- 20a
- Anlagensteuerung
- 21
- Basisstation
- 21a
- Basisstation
- 21b
- Basisstation
- 22
- Auswertungseinheit
- 23
- Bildschirm
- 24
- Schwingungskurve
- 25a
- obere Grenze
- 25b
- untere Grenze
- 25c
- obere Grenze
- 25d
- obere Grenze
- 25e
- untere Grenze
- 26
- Messform
- 27
- Messform
- 28
- Messform
- 29
- Positionssensor
- 30
- Positionssender
- 31
- Ladestation
- 32
- Hebevorrichtung
- 33
- Ladeposition
- 34
- Sendeelement
- 34a
- Induktionsspule
- 35
- Empfangselement
- 35a
- Kopplungsspule
- 36
- Tragelement
- 37
- Tragelement
- SR
- Schieberegister
