Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung
der Auftragsstärke von Leim auf einem Belagpapierstreifen für stabförmige Artikel der
tabakverarbeitenden Industrie, insbesondere der Auftragsstärke von Leim in von einer
Beleimeinrichtung auf einen Belagpapierstreifen der tabakverarbeitenden Industrie
aufgetragenen Leimbildern. Unter stabförmigen Artikeln der tabakverarbeitenden
Industrie werden hier insbesondere Zigarettenfilter oder Tabakstöcke für Zigaretten,
vorzugsweise Tabakstöcke aus Schnitttabak, verstanden.
Insbesondere werden derartige Filter und Tabakstöcke in der tabakverarbeitenden
Industrie mit Hilfe von Filteransetzmaschinen miteinander verbunden, indem sie
gemeinsam mit dem beleimten Belagpapierstreifen umrollt werden und schließlich der
Belagpapierstreifen mit Hilfe der Beleimung dauerhaft verschlossen wird.
Filteransetzmaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden z.B. von
der Anmelderin unter der Bezeichnung "MAX" angeboten.
Als Leim muss hierzu Kaltleim verwendet werden, da Heißleim für diese Zwecke zu
schnell trocknet und sich auch nur schlecht mit den in derartigen
Filteransetzmaschinen üblichen und vorteilhaften Leimauftragswalzen auftragen lässt.
Da der dünnflüssige Kaltleim jedoch grundsätzlich nur in einer sehr dünnen Schicht auf
den Belagpapierstreifen aufgetragen werden darf, ist die genaue Auftragsstärke des
Auftrags von Kaltleim auf einen Belagpapierstreifen mit bekannten
Beobachtungskameras, wie sie beispielsweise aus der eigenen DE 101 50 272 A1
oder der PCT/EP 98/06561, die der US 2000-555952 entspricht, bekannt sind, nicht
direkt zu ermitteln.
Zwar ist aus der US 4,845,374 ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, welche
den Glanz der Oberfläche eines sich bewegenden Gewebes erfassen, um zu
bestimmen, ob ein Material auf dem Gewebe aufgebracht ist. Zu diesem Zweck wird
das Gewebe in einem flachen Winkel mit diffusem Licht beleuchtet und das reflektierte
Licht durch einen Detektor empfangen, welcher das Vorhandensein und die Breite des
beschichteten Materials basierend auf den Reflektionen der beschichteten Oberfläche
des sich bewegenden Gewebes bestimmt.
Nachteilig ist bei diesem Stand der Technik, dass der Winkel, mit dem das Objektiv das
Gewebe beobachtet, sehr genau eingestellt und eingehalten werden muss, um
aussagefähige Ergebnisse zu erhalten, so dass der hierfür erforderliche
Einstellaufwand unverhältnismäßig hoch ist. Darüber hinaus ist diese bekannte
Vorrichtung aufgrund des flachen Sichtwinkels der Kamera sehr empfindlich auf
Unebenheiten im Gewebe, die im Glanzbild nicht von Variationen im Leimauftrag
unterschieden werden können.
Bei anderen derartigen Überwachungsvorrichtungen aus dem Stand der Technik, wie
beispielsweise die in der US 4,417,934 offenbarte Vorrichtung, wird der Leimauftrag
kapazitiv erfasst. Dies lässt jedoch nur eine sehr grobe und heutigen Anforderungen an
die Genauigkeit der Auftragsstärke des Leims nicht genügende Auflösung zu.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtungen der eingangs
genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und
durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst.
Die Erfindung umfasst die Erkenntnis, dass es nach dem Auftragen von Kaltleim auf
einen Belagpapierstreifen der tabakverarbeitenden Industrie bei den üblichen
Verarbeitungstemperaturen zu einer Verdunstung von flüchtigen Bestandteilen, bspw.
Lösungsmitteln, des Kaltleims und somit zu einer Verdunstungskälte, d.h. zu einer
Abkühlung des Kaltleims kommt. Diese Verdunstung ist stärker als die ebenfalls
auftretende Verdunstung von flüchtigen Bestandteilen aus dem unbeleimten
Belagpapierstreifen, was schließlich dazu führt, dass der Bereich des Kaltleims kälter
ist als der Bereich des unbeleimten Belagpapierstreifens. Durch die unterschiedliche
Abkühlung entsteht somit auf dem Belagpapierstreifen ein Temperaturprofil.
Vor allem aber zeigt eine dickerer Leimauftrag wegen der größeren Menge von in ihm
enthaltenem Lösungsmittel auch eine stärkere Abkühlung als ein dünnerer
Leimauftrag. Das Temperaturprofil zeigt somit besonders vorteilhaft vor allem auch
Leimauftragsschwankungen in den beleimten Bereichen. Diese werden gemäß der
Erfindung optisch erfasst und in ein Temperaturprofilbild umgesetzt, welches
unterschiedliche Farben oder Grauwerte für unterschiedliche Temperaturen zeigt. Die
Erfindung ermöglicht damit den Nachweis der Auftragsstärke von Leim anhand des
erfassten Temperaturprofils.
Zwar ist aus der eigenen DE 198 07 129 A1 ein Thermometer zum Erfassen der
Temperatur einer Leimspur auf einem bewegten Objekt bekannt; bei diesem Stand der
Technik wird die Temperatur von warmem Heißschmelzleim auf dem Objekt erfasst.
Die Verdunstungskälte und/oder die Auftragsmenge von Kaltleim lässt sich mit diesem
Stand der Technik nicht überwachen.
Weiter vorteilhaft ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die
erfindungsgemäße Vorrichtung vollkommen berührungslos und unabhängig von
Lichtverhältnissen die Auftragsstärke des Kaltleims sehr genau bestimmen können.
Besonders vorteilhaft ist, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der
erfindungsgemäßen Vorrichtung auch Leimspuren unterhalb des Papiers, die
sogenannte Nahtbeleimung, anhand ihres Temperaturkontrastes erkannt werden
können, so dass die Erfindung eine bisher im Stand der Technik nicht bekannte
tiefgehende Inspektion des Auftrages von Kaltleim auf einen Belagpapierstreifen
ermöglicht.
Ausführungsformen der Erfindung erfassen bevorzugt nur den Unterschied zwischen
der Verdunstungskälte des Leims zu einem Referenzwert und erzeugen auf diese
Weise ein Temperaturprofilbild des Leimauftrags. Da somit zur kontrastreichen
Darstellung der Temperaturprofilbilder bspw. nur die Temperaturdifferenzen zwischen
unbeleimten Belagpapierstreifen und Leim betrachtet werden können, kompensieren
sich absolute Temperaturschwankungen des Belagpapierstreifens, des Leims und/oder
der Maschinenumgebung .
Bevorzugt lässt sich dann dieses Temperaturprofilbild mit Hilfe einer entsprechenden
Bildverarbeitungssoftware mit einem Sollprofilbild vergleichen und bei einer einen
Toleranzwert überschreitenden Abweichung ein Warnsignal abgeben. Ergänzend oder
alternativ kann das abweichende Temperaturprofilbild des Belagpapierstreifens auf
einem Monitor dargestellt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung verstärken die vorhandenen
Temperaturdifferenzen und somit den Kontrast eines entsprechenden
Temperaturbildes durch Unterstützung der Verdunstung , bspw. durch Anblasen mit
Luft.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert.
Die Zeichnung zeigt:
- Fig. 1
- eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer
schematischen Seitenansicht; und
- Fig. 2
- einen Graph eines mit der Infrarot-Zeilenkamera der Fig. 1 aufgenommenen
Temperaturverlaufes über der Zeit.
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform 1 der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung der Auftragsstärke von Leim 23 in
auf einen Belagpapierstreifen 2 für stabförmige Artikel der tabakverarbeitenden
Industrie von einer Beleimeinrichtung 22 zyklisch aufgetragenen Leimbildern 9 in einer
(nicht dargestellten) Filteransetzmaschine mit Hilfe eines Infrarot- oder
Temperaturprofilbilds 54 des Belagpapierstreifens 2. Oben in der Fig. 1 ist ein Infrarotoder
Temperaturprofilbild 54 mehrerer Leimbilder 9 auf einem Monitor 59 schematisch
dargestellt. Das Erstellen der Infrarot- oder Temperaturprofilbilds 54 wird weiter unten
beschrieben.
Zunächst wird die Vorrichtung 1 anhand des Weges des Belagpapierstreifens 2
beschrieben.
Der Belagpapierstreifen 2 wird von einer (nicht dargestellten) Vorratsrolle mit einer
voreingestellten Geschwindigkeit abgezogen. Das Abziehen des Belagpapierstreifens
2 von der Vorratsrolle geschieht mit Hilfe eines Abzugswalzenpaares 6 und 8. Eine der
beiden Abzugswalzen, hier die Abzugswalze 6, wird angetrieben.
Stromab der Abzugswalzen 6 und 8 ist die Beleimeinrichtung 22 zum Auftragen des
Leims 23 in Form der Leimbilder 9 auf den Belagpapierstreifen 2 vorgesehen. Die
Beleimeinrichtung 22, wie sie beispielsweise in der eigenen DE-PS 28 45 342 C2, die
der US 4,282,889 entspricht, offenbart ist, weist einen mit Kaltleim 23 zumindest
teilweise gefüllten Leimbehälter 24 auf, in den eine Austragswalze 25 eintaucht, die mit
einer Übertragungswalze 26 zusammenwirkt und mit dieser kinematisch verbunden ist.
Der Belagpapierstreifen 2 ist zum Auftragen des Leims 23 über die Übertragungswalze
26 geführt. Mit Hilfe einer bestimmten, den gewünschten Leimbildern 9
entsprechenden (nicht dargestellten) Strukturierung der Umfangsoberfläche 27 der
Übertragungswalze 26 werden die gewünschten Leimbilder 9 auf den
Belagpapierstreifen 2 in einer gewünschten Auftragsstärke aufgetragen, welche
Leimbilder 9 zumeist leimfreie Zonen aufweisen, die zumeist Schnittlinien 9c auf dem
Belagpapierstreifen 2 entsprechen, so dass auf den Schnittlinien 9c kein Leim 23
aufgetragen wird.
Stromab der Beleimeinrichtung 22 gelangt der Belagpapierstreifen 2 über eine
Umlenkwalze 28 zu einer raumfest angeordneten Infrarot-Zeilenkamera 29, die zur
Kontrolle der Auftragsstärke des Leims 23 quer zur Bewegungsrichtung des
Belagpapierstreifens 2 auf die beleimte Oberfläche des Belagpapierstreifens 2
ausgerichtet ist. Bei der Infrarot-Zeilenkamera 29 kann es sich um eine Infrarot-Zeilenkamera
vom Typ "ThermaCAM SC3000" (Technische Daten: GaAs Quantum
Weil Detektor, Thermische Empfindlichkeit 0,02°C bei 30°C mit 14 bit Auflösung) der
Firma "Automation Technology GmbH, Technologiepark 24, D-22946 Trittau" handeln.
Die Kamera 29 nimmt einen Abschnitt des Belagpapierstreifens 2 auf, während der
Belagpapierstreifen 2 sich an ihr vorbeibewegt. Der Abschnitt kann mit einer
Aufnahmezeile der Kamera 29 übereinstimmen. Ein Abschnitt kann aber auch aus
mehreren von der Zeilenkamera 29 aufgenommenen Zeilen zusammengesetzt werden.
Letzteres geschieht in dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel.
Die von der Infrarotkamera 29 aufgenommene Zeile oder mehrere der
aufgenommenen Zeilen liefern die Temperaturdaten für die Erstellung eines Infrarotoder
Temperaturprofilbilds 54 des entsprechenden Abschnittes des
Belagpapierstreifens 2. Die Infrarotkamera 29 kann Temperaturunterschiede auf dem
Belagpapierstreifen 2 erfassen, da es nach dem Auftragen des Kaltleims 23 auf den
Belagpapierstreifen 2 bei den hierbei üblichen Verarbeitungstemperaturen von 15 bis
30°C zu einer Verdunstung von flüchtigen Bestandteilen, bspw. Lösungsmitteln, des
Kaltleims 23 kommt. Diese Verdunstung ist stärker als die ebenfalls auftretende
Verdunstung von flüchtigen Bestandteilen aus dem unbeleimten Belagpapierstreifen 2,
was dazu führt, dass der Bereich des Kaltleims 23 kälter ist als der Bereich des
unbeleimten Belagpapierstreifens 2.
Vor allem aber zeigt eine dickerer Leimauftrag wegen der größeren Menge von in ihm
enthaltenem Lösungsmittel auch eine stärkere Abkühlung als ein dünnerer
Leimauftrag. Das Temperaturprofilbild 54 zeigt somit besonders vorteilhaft vor allem
auch Leimauftragsschwankungen in den beleimten Bereichen. Diese werden gemäß
mit der Kamera 29 optisch erfasst und in das Temperaturprofilbild 54 umgesetzt.
Zum besseren Verständnis ist in der Figur 2 ein typischer Verlauf 70 der Temperatur T
des Belagpapierstreifens 2 an einem durch die Blickrichtung der Kamera 29
festgelegten Abschnitt, hier eines einzelnen Punktes, über der Zeit t dargestellt. Dabei
entspricht die höhere Temperatur des unbeleimten Papiers des Belagpapierstreifens 2
und die tiefere Temperatur dem beleimten Bereich des Belagpapierstreifens 2. Der
dargestellte Unterschied liegt im Bereich von etwa 2-3K.
Das eigentliche Infrarot- oder Temperaturprofilbild 54 wird dann in einer
Auswerteschaltung 55 erzeugt, die zumindest eine von der Kamera 29 aufgenommene
Zeile des Belagpapierstreifens 2 über eine Leitung 52 erhält. Bei der
Auswerteschaltung 55 kann es sich beispielsweise um einen Personalcomputer
handeln, der eine Bilderfassungskarte und eine übliche Bildbearbeitungssoftware
enthält.
In dem Beispiel der Fig. 1 werden mehrere von der Infrarot-Zeilenkamera 29
aufgenommenen Zeilen zu einem größeren Infrarot- oder Temperaturprofilbild 54
zusammengesetzt. Die Erfassung und Verarbeitung der Temperaturdaten von
mehreren von der Infrarot-Zeilenkamera 29 aufgenommenen Zeilen zur Überwachung
der Auftragsstärke des Leims 23 geschieht wie folgt:
Zu Beginn einer vollen Umdrehung der Übertragungswalze 26 sendet dessen Antrieb
ein erstes Signal gemäß Pfeil 53 an die Kamera 29. Zusätzlich erhält die Kamera 29
von einem Signalgeber 56 ein zweites, höherfrequentes Signal 57, dessen Frequenz
proportional zur Maschinengeschwindigkeit der Filteransetzmaschine ist. Mit jedem
Impuls des zweiten Signals 57 nimmt die Kamera 29 eine Zeile des
Belagpapierstreifens 2 auf und überträgt sie über eine Leitung 52 an die
Auswerteschaltung 55.
Die Auswerteschaltung 55 setzt alle die aufgenommenen Zeilen, die zwischen zwei
ersten Signalen 53 übertragen werden, zu einem Infrarot- oder Temperaturprofilbild 54
eines mehrere Zeilen umfassenden Abschnittes des Belagpapierstreifens 2
zusammen, so dass das zusammengesetzte Infrarot- oder Temperaturprofilbild 54
einen Abschnitt des Belagpapierstreifens 2 darstellt, der während eines Umlaufs der
Übertragungswalze 26 auf den Belagpapierstreifen 2 mit Leim 23 versehen wurde bzw.
der alle Leimbilder 9 enthält, die während eines Umlaufs der Übertragungswalze 26 auf
den Belagpapierstreifen 2 aufgebracht wurden.
Die Auswerteschaltung 55 erzeugt darüber hinaus eine Kontrastverstärkung des
aufgenommen Temperaturprofilbilds 54, indem nur die Temperaturdifferenz zwischen
der Temperatur des unbeleimten Papiers des Belagpapierstreifens 2 und des Kaltleims
23 ausgewertet wird. So kann bspw. die Temperatur des unbeleimten Papiers des
Belagpapierstreifens 2 als Referenz herangezogen werden. Alternativ kann auch die
Temperatur des mit Kaltleim 23 beleimten Bereichs des Belagpapierstreifens 2 als
Referenz herangezogen werden. Das eingangs erwähnte Infrarot- oder
Temperaturprofilbild 54 ist ein solches Temperaturprofilbild 54 von
Temperaturdifferenzen, welches einen aus mehreren von der Kamera 29
aufgenommenen Zeilen zusammengesetzten Abschnitt des Belagpapierstreifens 2
zeigt. Auf dem Temperaturprofilbild 54 werden tiefere Temperaturen, bspw. des
beleimten Bereichs 9b, dunkler als höhere Temperaturen, bspw. des unbeleimten
Bereichs 9a und 9c, dargestellt. Insbesondere wird dicker aufgetragener Kaltleim 23
dunkler dargestellt als dünner aufgetragener Kaltleim 23. Auch hierbei kann umgekehrt
verfahren werden. In jedem Fall können jedoch Leimauftragsschwankungen im
Leimauftrag anhand der Grauwertunterschiede erkannt werden.
Die Auswerteschaltung 55 umfasst weiterhin einen Speicher und eine
Vergleichseinrichtung. In dem Speicher ist ein Sollbild für einen optimalen Leimauftrag,
gespeichert. Die Vergleichseinrichtung dient zum Vergleichen des
Temperaturprofilbilds 54 mit dem Sollbild. Mit Hilfe der Vergleichseinrichtung kann bei
einer einen vorgegebenen Toleranzwert überschreitenden Abweichung des
Temperaturprofilbilds 54 von dem Sollbild ein Warnsignal abgegeben werden.
Die Auswerteschaltung 55 überträgt das Temperaturprofilbild 54 über eine Leitung 55a
an den Monitor 59. Dies kann ständig oder nur bei einer festgestellten unerwünschten
Abweichung des Leimauftrags vom Sollwert geschehen. Das Bild 54 wird nur auf
Anfrage neu aufgebaut, es kann jedoch von der Auswerteschaltung 55 alternativ auch
ständig automatisch neu aufgebaut werden, wodurch ein Standbild der laufenden
Leimbilder 9 entsteht. Das Bild 54 kann in diesem Modus auch angehalten werden,
einzelne Bilder 54 können mit bekannten Verfahren auf einen Datenträger 58
gespeichert und von einem Datenträger 58 gelesen werden. Bei dem Datenträger 58
kann es sich um eine Floppy Disk oder um eine CD-ROM handeln.
Durch Auswahl einer Ausschnittsvergrößerung des Bildes 54 zur Anzeige auf dem
Monitor 59 können anstelle der einem ganzen Zyklus der Übertragungswalze 26
entsprechenden Leimbilder 9 auch weniger Leimbilder 9 oder nur ein Leimbild 9 oder
auch nur eine Zeile der Kamera 29 dargestellt werden, wobei sichergestellt werden
kann, dass bei laufendem Bildaufbau im ausgewählten Bildausschnitt immer die Zeile
oder das oder die Leimbilder 9 gezeigt werden, die mit einem bestimmten Abschnitt der
Übertragungswalze 26 korrespondieren. Für weitere Details der Erzeugung und
Darstellung des Temperaturprofilbilds 54 sei auf die eigene DE 101 50 272 A1
verwiesen.
Stromab der Infrarot-Zeilenkamera 29 gelangt der Belagpapierstreifen 2 nach dem
Durchlaufen einer Heizung 31 zu einer Schneideinrichtung 30 zum periodischen
Abtrennen von (nicht dargestellten) Belagpapierabschnitten von dem
Belagpapierstreifen 2. Die Schneideinrichtung 30 ist in einer festen Weglänge in
Bewegungsrichtung 20 des Belagpapierstreifens 2 hinter der Leimübertragungswalze
26 angeordnet. Bei immer gleicher Länge des Belagpapierstreifens 2 zwischen der
Leimübertragungswalze 26 und der Schneideinrichtung 30 wird durch eine einmalige
Grundeinstellung der Ansteuerung der Leimübertragungswalze 26 das erzeugte
Leimbild zur Lage des Schnittes ausgerichtet.
Die Schneideinrichtung 30 weist eine Messertrommel 32 mit an ihrem Umfang
angeordneten Messern 34, und eine gegenläufig rotierende, den Belagpapierstreifen 2
aufnehmende Trommel 36 auf. Die Trommel 36 weist (nicht dargestellte)
Ausnehmungen auf, in die die Messer 34 aufgrund des Abstandes der Trommeln 32
und 36 zueinander bei der Rotation der beiden Trommeln 32 und 36 eintauchen
können, um den auf dem Umfang 35 der Trommel 36 sitzenden Belagpapierstreifen 2
abzutrennen.
Einzelheiten der Schneideinrichtung 30 können der DE 39 18 137 C2 (die der US
5,054,346 entspricht) entnommen werden. Einzelheiten der Synchronisation zwischen
Beleimeinrichtung 22 und Schneideinrichtung 30 können der eigenen EP-A 01113473
entnommen werden.