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Die
Erfindung betrifft eine Formstation zum Formen einer Trägerfolie
in einer Tiefziehmaschine, insbesondere in einer Thermoformmaschine
mit einem bewegten Werkzeug und einem Gegenwerkzeug, die zum Ausführen des
Formvorgangs mittels mindestens eines Werkzeugantriebes relativ
zueinander bewegbar sind und zwischen denen die Trägerfolie
geführt
ist.
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Derartige
Thermoformmaschinen, wie beispielsweise in
EP 1 170 212 A3 beschrieben,
verarbeiten von Vorratsrollen Deckfolien und Trägerfolien zu sogenannten Blisterverpackungen,
wobei die Folien mehrere Stationen durchlaufen, in denen die Trägerfolie
zur Vorbereitung erst beheizt werden und anschließend Näpfe in der
Trägerfolie
geformt werden. Die Näpfe
dienen zur Aufnahme des zu verpackenden Gutes, z. B. Pharmazeutika,
in einer anschließenden
Füllstation.
Nach dem Befüllen
werden die in den Näpfen
befindlichen Güter
mittels der Deckfolie in einer Siegelstation versiegelt und dann
in einer Stanzstation aus dem Verbund von Deckfolie und Trägerfolie
ausgestanzt. Je nach den zu verpackenden Gütern unterscheiden sich die
Formate der zu verarbeitenden Folienabschnitte. Insbesondere bei großen Formaten
kann die gleichmäßige Formung problematisch
werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine mechanische Möglichkeit
zur Überwachung und
Sicherung der Formqualität über große Zeiträume bei
erhöhter
Produktivität
bereitzustellen. Dabei soll die Formstation leicht zu warten und
bei Formatwechseln schnell umstellbar sein.
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Diese
Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Station
dadurch gelöst,
dass für
einen schnelleren Formatwechsel die Werkzeuge besonders bequem zugänglich sind,
indem die Formstation ein Maschinengestell aufweist, das in einer
horizontalen Ebene C-förmig
ausgebildet ist.
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Durch
die vertikale Lage der Materialbahn unterliegt sie im Wesentlichen
nur dem Einfluss ihres Eigengewichtes sowie der von den Antrieben
ausgeübten
Kräfte.
Dies wirkt sich auf die Qualität
der geformten Folie positiv aus, da die Folie beim Entformen vorteilhaft
geschont wird.
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Die
Werkzeugkosten lassen sich vorteilhaft durch die Maßnahme verringern,
dass das Werkzeug eine Negativform und das Gegenwerkzeug Austrittsöffnungen
für ein
Druckmittel, vorzugsweise Druckluft, aufweist. Beim Schließen der
Werkzeuge drückt dann
das Druckmittel die Materialbahn in die Negativform der Formmatrize
hinein.
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Bei
bestimmten Materialien und besonderen Napfformen kann es vorteilhaft
sein, wenn das Gegenwerkzeug Vorformfinger aufweist.
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Als
Werkzeugantrieb hat sich besonders vorteilhaft ein Servomotor bewährt, vorzugsweise
mit einem Excenter, der insbesondere zur Ausführung eines Kraftformhubs und/oder
eines Vorstreckhubs vorgesehen ist.
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Überraschenderweise
ist erkannt worden, dass die Formkraft als Parameter eines der wichtigsten
Einflussgrößen bei
der Formung darstellt. Die für ein
bestimmtes Format und für
eine gewünschte
Materialpaarung geeignete Formkraft kann für den Maschinenführer sichtbar
zur Verfügung
gestellt werden, wenn eine Steuerung mit einem Speicher zum Abspeichern
eines Vergleichswertes für
die Formkraft vorgesehen ist.
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Der
im Kraftfluss vorgesehene Kraftsensor ermittelt diese Formkraft,
so dass der Formvorgang dadurch einer Qualitätsüberwachung in Echtzeit zugänglich wird.
Bei Störungen
und qualitativ mangelnder Formung kann deshalb kurzfristig reagiert
werden und die Maschine angehalten und nachjustiert werden.
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Mit
Vorteil ist vorgesehen, dass die Steuerung einen Eingang für das Signal
mindestens eines Formkraftsensors aufweist und das Signal mit dem Formkraftvergleichswert
vergleichend und vorzugsweise bei einem Überschreiten eines Toleranzbereichs
ein Abschaltsignal generierend ausgebildet ist. Auf diese Weise
kann bei Qualitätsmängeln die
Maschine ohne äußeres Eingreifen
sofort stillgesetzt werden, um so Ausschuss zu vermeiden.
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Die
Gleichmäßigkeit
der Formkraft und ihre gleichmäßige Verteilung über das
gesamte Werkzeug wird verbessert, wenn im Kraftfluss der Werkzeugteile
mindestens ein Federpaket, vorzugsweise vier, vorgesehen ist, wobei
die Federkraft insbesondere einstellbar ausgebildet ist.
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Die
Maßnahme,
dass die Steuerung einen Regelkreis zur Formkraftregelung während des Formvorgangs
aufweist, insbesondere mittels Einstellung eines Endlagenwinkels
eines Werkzeugantriebs, verringert wesentlich die notwendigen Einrichtarbeiten
beim Wechseln der zu verpackenden Produkte oder bei Änderungen
der Packungsgröße. Auch
verschleißbedingte
Veränderungen
des Maschinenverhaltens können
so vorteilhaft einfach selbsttätig
kompensiert werden.
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Demselben
Zweck dient die Maßnahme, dass
während
des Formvorgangs dem Regelkreis ein Führungssignal zur Führung der
Formkraft in Abhängigkeit
der Zeit und/oder des Weges aufgeschaltet ist.
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Zur
besseren Verteilung der Formkraft über die Fläche ist es von Vorteil, wenn
mindestens ein Stellelement zur Veränderung der Werkzeugteilebenen
zueinander vorgesehen ist.
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Zu
diesem Zweck ist zusätzlich
mit Vorteil vorgesehen, dass jedem Stellelement ein getrennter Formkraftsensor
zugeordnet ist.
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Die
bei Packungsänderungen
erforderlichen Einstellarbeiten lassen sich bequemer ausführen, wenn
die Steuerung eine Betriebsart aufweist, in der die Stellelemente
verstellt und das Signal der Sensoren gleichzeitig beobachtbar ausgebildet
ist.
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Wenn
die Steuerung eine Einrichtung zum Protokollieren und Archivieren
von Formkraftsignalwerten im Betrieb aufweist, kann auch gegenüber Kunden
die qualitativ mängelfreie
Fertigung bequem nachgewiesen werden.
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Die
Inbetriebnahme unterschiedlicher Stationen lässt sich parallel durchführen, wenn
die Formstation eine eigene Steuerung mit einem Inbetriebnahmemodus
aufweist.
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Im
gemeinsamen Betrieb aller Stationen ist die Formstation elektrisch
synchronisiert mit einer Heizstation und/oder Siegelstation und/oder
Stanzstation und/oder Packstation.
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Zu
diesem Zweck ist die Formstation mit ihrer Steuerung über eine
geeignete Schnittstelle zu einer Leitsteuerung verbunden, die u.
a. auch die Synchronisation übernimmt.
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Die
Verfahrensaufgabe wird bei einem Verfahren zum Betrieb einer Formstation
zum Formen einer Trägerfolie
dadurch gelöst,
dass der Servomotor reversierend betrieben wird. Dies ermöglicht durch Änderung
der Endlage den Werkzeugspalt zu beeinflussen.
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Außerdem erfolgt
während
des Formens eine Messung der Formkraft. Diese kann dann dazu genutzt
werden, als Signal in der Steuerung weiterverarbeitet zu werden.
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Beispielsweise
lässt sich
dann mit Vorteil eine Regung der Formkraft während des Formens durchführen.
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Außerdem kann
auch die Formkraft während des
einzelnen Arbeitsganges über
die Zeit oder einen Weg bzw. Abstand geführt werden, wodurch eine individuelle
Anpassung des Formprozesses an unterschiedliche Ausgangsmaterialien
und Stärken
möglich
wird.
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Die
Verteilung der Formkraft über
die Werkzeugfläche
lässt sich überwachen,
wenn die Messung der Formkraft an mehreren verschiedenen Stellen
einer Formfläche
erfolgt.
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Je
nach Produkt und Material kann es vorteilhaft sein, wenn die Regelung
der Formkraft in Abhängigkeit
der Zeit und/oder eines Weges und/oder Abstandes erfolgt.
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Dadurch
dass ein Vergleich der Formkraft mit einem gespeicherten Vergleichswert
erfolgt, und vorzugsweise in Abhängigkeit
eines Vergleichsergebnisses eine Abschaltung des Antriebs erfolgt,
wird Ausschuss vermieden.
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Der
vereinfachten Qualitätsüberwachung dient
die Maßnahme,
dass eine Protokollierung und Archivierung der Formkraft während des
Betriebes, vorzugsweise in Abhängigkeit
eines Vergleichsergebnisses, erfolgt.
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Die
Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten
den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
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Funktionsmäßig gleiche
Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die
Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
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1:
eine Frontansicht der erfindungsgemäßen Formstation mit einer Heizstation
als Teil einer Thermoformmaschine,
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2:
eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Formstation gemäß 1,
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3:
zeigt eine Frontansicht des wesentlichen Teils der Formstation,
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4:
ein Funktionsschema der erfindungsgemäßen Formstation.
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In 1 deutet
der Pfeil auf die Formstation 1 einer Tiefziehmaschine 2.
Die Bodenfolie 5 wird von der Vorratsrolle 14 über Umlenkrollen 15 und
einem Vorabzugswalzenpaar 16, eine Schlaufe 17 von
einem Abzugswalzenpaar 18 in den Spalt zwischen zwei Heizplatten 20, 21 einer
Heizstation 22 geführt. Von
dort gelangt die Materialbahn 5 in den Spalt 23 zwischen
der Formmatrize 3 und dem Gegenwerkzeug 4. Der
Werkzeugantrieb, der hinter der Verkleidung nicht sichtbar ist,
befindet sich hinter dem bewegten Werkzeughalter 26. Den
Werkzeugspalt 23 verlässt
die Bodenfolie über
Abzugswalze 24, und einer breiteren Umlenkrolle oder -scheibe
als geformte Folie 25 in Richtung einer nachfolgenden Füll- und Siegelstation.
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Der
Transport der Bodenfolie muss durch die Maschine entsprechend ihrer
Taktung ebenfalls getaktet erfolgen. Um bei dieser intermittierenden Transportweise
auftretenden Beschleunigungen und Verzögerungen und dadurch auf die
Folie einwirkende Kräfte
zu minimieren, hat die Vorabzugswalze 16 und auch die Abzugswalze 18 einen
eigenen Antrieb, vorzugsweise die Vorabzugswalze 16 einen
kontinuierlichen Antrieb und die Walze 18 einen getakteten Servoantrieb,
so dass sich zwischen diesen Walzen eine veränderliche Schlaufe 17 bildet.
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In
der Aufsicht der Formstation gemäß 2 ist
das C-förmige
Maschinengestell 6 erkennbar. Das Maschinengestell 6 trägt einen
linken Lagerbock 28 sowie einen rechten Lagerbock 29.
Der linke Lagerbock 28 dient zur Aufnahme der Antriebsbaugruppe zum
Antrieb des bewegten Werkzeughalters 30 mit Werkzeug 3,
auch Formmatrize genannt, und der rechte Lagerbock 29 trägt den Gegenwerkzeughalter 31 mit
Gegenwerkzeug 4. Dabei ist das bewegte Werkzeug an Horizontalführungen
geführt
(nicht dargestellt). Das C-förmige
Maschinengestell 6 schließt den Kraftfluss der im Spalt 23 entstehenden
Formkraft.
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Alle
Funktionsgruppen sind nach vorne frei tragend an das hintere Maschinengestell
balkonartig angebaut. Sollte es zu Störungen kommen, z. B. dass die
Materialbahn verläuft,
so ist die Maschine leicht zugänglich
und der Fehler kann durch den Bediener einfach behoben werden. Die
Reinigung des Bodens und der Maschine gestaltet sich einfacher.
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In 3 ist
die Antriebsbaugruppe als von Verkleidungen befreite Frontansicht
des Maschinengestells 6 detaillierter dargestellt. Ein
im Lagerbock 28 vorgesehener Servomotor 9 treibt über den
Excenter 10, einer nicht dargestellten Koppel, und einem
Gelenk den an nicht dargestellten Horizontalführungen geführten Werkzeughalter 26 an.
An diesem wiederum ist das Werkzeug 3 befestigt.
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Rechts
des Werkzeugspaltes 23 ist das Gegenwerkzeug 4 angeordnet.
Das Gegenwerkzeug 4 ist über nicht dargestellte Federbaugruppen,
deren Federpakete vorgespannt sind, am rechten Lagerbock 29 befestigt.
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Das
Werkzeug 3 wird von der Formmatrize 34 (2),
die vom Format der Verpackung abhängig ist, gebildet. Innerhalb
der Grundplatte 35, die sich zwischen dem Werkzeug 3 und
dem Gelenk befindet und an diesem angelenkt ist, befinden sich Taschen,
die zur Aufnahme von Formkraftsensoren 11 dienen. Vier
symmetrisch verteilte Kraftsensoren 11 sind dort innerhalb
des Kraftflusses zwischen Formmatrize und Gelenk des Antriebs angeordnet.
Diese Kraftsensoren dienen der Messung der Formkraft (siehe 4).
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Die
grob vereinfachte Steuerung der Formstation mit ihren erfindungswesentlichen
Bestandteilen zeigt 4. Die durch den Antrieb 36 mit
Servomotor 9 im Werkzeugspalt 23 entstehende Formkraft 37 wird
vom Gegenwerkzeug 33 aufgenommen und über die Federpakete 38,
die rechte Gegenwerkzeughalteplatte 33 ins Maschinengestell 6 eingeleitet.
Der Kraftfluss 39 schließt sich dann über die
fest mit dem Maschinengestell verbundene Lagerung 40 des
Antriebs 9, dem Excenter 10, Koppel 42,
Gelenk 43, Werkzeugaufnahmeplatte 30, den Formkraftsensoren 11,
Stellelementen 41 und dem Werkzeug 3. Die Formkraftsensoren 11 liegen
somit im Kraftfluss 39. Ihre Signale 44 werden
zur weiteren Verarbeitung, z. B. zur Mittelwertbildung, Extremwertfeststellung,
Verlaufsanalyse etc. der Steuerung 45 während jeden Formzyklusses zugeleitet.
Beim Einrichten der Maschine werden in einen Speicher 46 der
Steuerung 45 mittels eines Ein-/Ausgabegerätes 47 Vergleichswerte 48 eingegeben.
Solche Werte können die
Bedeutung von minimalen und maximalen Formkräften, Toleranzbereichen, Kraftverläufen für Vergleichs-
und Führungsoperationen
sein. Die Steuerung greift bei jedem Formhub auf diese Daten zu, um
sie mit den von den Formkraftsensoren erhaltenen Signalwerten 44 zu
vergleichen und in Abhängigkeit
dieses Vergleichsergebnisses geeignete Befehle oder Regeloperationen
auszuführen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn beispielsweise die Steuerung
bei Überschreiten
eines Maximalwertes ein Abschaltsignal 49 erzeugt und den
Motor abschaltet, damit weiterer Ausschuss vermieden wird.
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Erfindungsgemäß ist aber
auch vorgesehen, dass die Steuerung qualitätsbestimmende Werte, insbesondere
den Formkraftwert, an eine Einrichtung zur Protokollierung und Archivierung
sendet und dort ablegt.
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Verschleißbedingte Änderungen
der Formkraft oder z. B. das Ermüden
der Federbaugruppen 38 kann selbsttätig entgegengewirkt werden,
wenn die Steuerung auch einen Regelkreis 51 beinhaltet, der
durch entsprechende Verstellung des Endlagenwinkels 52 beim
Formen den Sollwert der Formkraft trotz Verschleißes oder
Ermüdung
von Maschinenteilen erreichen lässt.
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Durch
die Annordnung von insgesamt vier Sensoren 11 und vier
Steuerelementen 41, die symmetrisch über die Formfläche verteilt
sind, können auch
lokale Störungen
der Formkraft erkannt werden. Abweichungen können durch gezieltes Verstellen
einzelner Elemente 41 ausgeglichen werden, oder auch die
exakte Parallelität
der Werkzeugebenen 12, 13 zueinander eingestellt
werden.
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Auf
diese Weise ist eine Formstation geschaffen worden, die trotz kürzester
Taktzeiten und den damit verbundenen Anforderungen an Dynamik und
Standzeit der einzelnen Maschinenteile ein qualitativ gesteigertes
Ausbringen ermöglicht.
Die Einrichtarbeiten bei Produktwechsel sind vorteilhaft verringert,
ebenso konnten die Intervalle von Nachstell- und Wartungsoperationen
vergrößert werden.
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- 1
- Formstation
- 2
- Tiefziehmaschine
- 3
- Formmatrize,
Werkzeug
- 4
- Gegenwerkzeug
- 5
- Materialbahn
- 6
- Maschinengestell
- 7
- Austrittsöffnungen
- 8
- Vorformfinger
- 9
- Servomotor
- 10
- Excenter
- 11
- Formkraftsensor
- 12
- Werkzeugebene
- 13
- Gegenwerkzeugebene
- 14
- Vorratsrolle
- 15
- Umlenkrolle
- 16
- Vorabzugswalzenpaar
- 17
- Schlaufe
- 18
- Abzugswalzenpaar
- 19
- Spalt
- 20
- Heizplatte
- 21
- Heizplatte
- 22
- Heizstation
- 23
- Spalt
- 24
- Abzugswalze
- 25
- Richtung
- 26
- Werkzeughalter
- 27
- Umlenkscheibe
- 28
- linker
Lagerbock
- 29
- rechter
Lagerbock
- 30
- Werkzeughalter
- 31
- Gegenwerkzeughalter
- 32
- Horizontalführung
- 33
- Gegenwerkzeughalteplatte
- 34
- Formmatrize
- 35
- Grundplatte
- 36
- Antrieb
- 37
- Formkraft
- 38
- Federpaket
- 39
- Kraftfluss
- 40
- Lagerung
- 41
- Stellelement
- 42
- Koppel
- 43
- Gelenk
- 44
- Signal
- 45
- Steuerung
- 46
- Speicher
- 47
- E/A-Gerät
- 48
- Vergleichswert
- 49
- Abschaltsignal
- 50
- Einrichtung
- 51
- Regelkreis
- 52
- Endlagenwinkel
- 53
- Führungssignal