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Die
Erfindung betrifft eine Umreifungsvorrichtung mit den Merkmalen im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung
einer Umreifung gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 8.
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Umreifungsvorrichtungen
zum Umreifen von Objekten, insbesondere von Packstücken, zählen in unterschiedlichen
Ausführungen
zum Stand der Technik. Das grundlegende Prinzip des Umreifens basiert
darauf, einen Umreifungs- oder Verschlusskopf an einem zu umreifenden
Packstück
zu positionieren, ein Umreifungsband um das Packstück herumzuführen, das
Umreifungsband zu spannen und seine Enden innerhalb des Verschlusskopfes
miteinander zu verbinden. Das Verbinden der Enden des Umreifungsbandes
kann insbesondere über
Verschlusshülsen
erfolgen. Es ist Stand der Technik, die Verschlusshülsen zusammen
mit dem innen liegenden Umreifungsband mehrfach seitlich einzukerben und
die dadurch entstehenden seitlichen Laschen aus der ursprünglichen
Ebene der Verschlusshülsen herauszubiegen, so
dass beide Bandenden durch die seitliche Verlagerung der Laschen
innerhalb der Verschlusshülse
zug- und druckfest miteinander verbunden sind. Zum Einkerben und
Verprägen
der Verschlusshülsen
sind hohe Zangenkräfte
erforderlich, wobei zum Aufbringen der erforderlichen Kräfte z. B. ein
doppelt wirkender Pneumatikzylinder eingesetzt wird. Die Kolbenstange
des Pneumatikzylinders drückt
dabei auf ein Kniegelenk zweier Kniehebel, so dass diese gemäß dem Kniehebelprinzip
in Strecklage gebracht werden, um dadurch eine Zange zu betätigen, mittels
welcher die Verschlusshülsen
eingekerbt und verprägt
werden.
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Auf
Grund der hohen Kerbkräfte
muss eine entsprechend leistungsstarke Antriebseinheit vorgesehen
sein, die sich allerdings nachteilig auf das Gesamtgewicht insbesondere
einer handgeführten
Umreifungsvorrichtung auswirkt. Theoretisch ist es möglich, die
Hebelgeometrie einer Kniehebelanordnung so zu modifizieren, dass
die im Kniegelenk angreifende Kraft relativ gering ist. Allerdings
erhöht
sich in diesem Fall der Bauraum für den Kniehebelmechanismus.
Auch die theoretische Möglichkeit,
die Schneidbacken der Zange in ihrer Geometrie zu verändern, um
auf diese Weise einen geringeren Kraftaufwand erforderlich zu machen,
führt nur
begrenzt zu einer Kraftersparnis.
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Zum
Stand der Technik ist die
US
3,698,310 A zu nennen, die eine Umreifungsmaschine offenbart,
bei welcher Zangenpaare zum Einsatz kommen, deren Kniegelenke in
Hubrichtung zueinander versetzt sind. Die Zangenpaare dienen als
Greiferzangen zum Halten des Bandes, nicht jedoch als Zangenpaare
zum Verpressen von Verschlusshülsen.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine leicht
bauende Umreifungsvorrichtung mit wenigstens zwei Zangenpaaren zum Verpressen
von Verschlusshülsen
aufzuzeigen, wobei die Zangen über
einen Kniehebelmechanismus betätigt
werden. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung einer Umreifung
unter Verwendung einer solchen Umreifungsvorrichtung aufgezeigt
werden.
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Der
gegenständliche
Teil dieser Aufgabe ist durch eine Umreifungsvorrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Maßnahmen des Patentanspruchs
8 führen
zu einem Umreifungsverfahren, bei welchem geringere Antriebskräfte notwendig
sind.
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Kern
der Erfindung ist, dass die Linearverlagerungsmittel, die an den
Kniegelenken der Kniehebel angreifen, derart mit den Kniegelenken
zusammenwirken, dass diese zumindest in einem Teilabschnitt ihres
Hubs in Hubrichtung zueinander versetzt sind. Mit anderen Worten
durchlaufen die Kniegelenke während
eines Hubs des Linearverlagerungsmittels zeitlich zueinander versetzt,
d. h. asynchron, einen Punkt der maximalen Belastung des Hubwegs.
Diese asynchronen Zangenbewegungen haben zur Folge, dass die maximale,
von dem Linearverlagerungsmittel aufzubringende Kraft nicht zeitgleich
an beiden Zangenpaaren anfällt,
sondern zeitversetzt. Auf Grund dieses zeitlichen Versatzes liegen
die Kraftmaxima der jeweiligen Zangenpaare nicht zum gleichen Zeitpunkt
an, so dass die erforderliche Antriebskraft kleiner sein kann, als
wenn sämtliche
Zangenpaare synchron betätigt
werden. Auf Grund der asynchronen Zangenbewegungen können die
Antriebsmittel für
den Kniehebelmechanismus kleiner und damit leichter ausgeführt werden,
was insbesondere bei Handumreifungsvorrichtungen einen signifikanten
Vorteil darstellt.
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Bei
den Linearverlagerungsmittel handelt es sich vorzugsweise um eine
Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere um eine
Kolbenstange eines doppelt wirkenden Pneumatikzylinders. Grundsätzlich kann
als Linearverlagerungsmittel aber auch eine Pleuelstange dienen,
ebenso wie ein Schraubengetriebe oder eine Kurvenscheibe geeignet
ist, translatorische Bewegungen in rotatorische Bewegungen zu überführen.
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Das
Linearverlagerungsmittel kann beispielsweise auch von Steuernocken
gebildet sein, die in Umfangsrichtung einer Steuerwelle zueinander versetzt
angeordnet sind und daher je nach Lage der Steuernocken die jeweiligen
Kniegelenke der Zangenpaare zeitlich versetzt zueinander verlagern. Grundsätzlich kann
das Linearverlagerungsmittel auch Bestandteil eines Linearmotors
sein.
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Auf
Grund der Kniehebelgeometrie ergibt sich ein Kraftverlauf, der nach
Beginn des Leerhubs wegen der an den Zangen angreifenden Kerbkraft stetig
ansteigt.
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Die
Geometrie der Kniehebelanordnung bewirkt, dass die vom Linearverlagerungsmittel
aufzubringende Kraft abfällt,
obwohl die Kerbkraft zunimmt. Dieser Effekt ist umso deutlicher
ausgeprägt, je
weiter sich die Kniehebel der Strecklage nähern.
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Im
Rahmen der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass wenigstens
ein Paar von Kniehebeln über
seine Strecklage hinaus verlagerbar ist. Die Verlagerung über die
Strecklage hinaus ist nicht zwingend erforderlich. Die erfindungsgemäßen Vorteile
kommen auch dann zum Tragen, wenn sich die Kniehebel zeitlich zueinander
versetzt der Strecklage nähern,
diese jedoch nicht durchlaufen.
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Im
Rahmen der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass ein Kniegelenk
eines Paares von Kniehebeln in einem sich in Hubrichtung erstreckenden
Langloch verlagerbar angeordnet ist. Durch dieses Langloch hat das
Kniegelenk, in Hubrichtung gesehen, Spiel. Wird nun das Linearverlagerungsmittel verlagert,
um Druck auf die Kniehebel auszuüben, wird
sich nach einem vorausgehenden Leerhub das Kniegelenk durch den
Widerstand der Kniehebel entgegen der Hubrichtung des Linearverlagerungsmittels
nach oben verlagern und gewissermaßen an einem oberen Ende des
Langlochs zur Anlage gelangen. Wenn ein Kniegelenk eines zweiten
Paares von Kniehebeln jedoch ortsfest in Höhe des unteren Anschlags des
Langlochs angeordnet ist, erreichen die beiden Kniegelenke die Strecklage
zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Insbesondere wenn das in dem Langloch
gelagerte Kniegelenk in Strecklage ist, hat das zweite Kniegelenk
die Strecklage bereits durchschritten, so dass sich die Zangen asynchron
bewegen. Beim Rückhub
würde zunächst das
fest angebundene Kniegelenk angehoben und anschließend das
in dem Langloch angeordnete Kniegelenk nach oben gezogen werden,
so dass auch der Rückhub zumindest
zeitweise asynchron erfolgt.
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Grundsätzlich ist
es ausreichend, ein einziges Linearverlagerungsmittel vorzusehen,
um mehrere Zangenpaare zu verlagern. Hierzu kann an dem Linearverlagerungsmittel
ein entsprechendes Joch ausgebildet sein, an welchem die Kniegelenke
von Zangenpaaren angeordnet sind. Die Umreifungsvorrichtung umfasst
bevorzugt zwei Zangenpaare. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen,
mehr als zwei Zangenpaare vorzusehen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 zwei
Zangenpaare einer Umreifungsvorrichtung bei Hubbeginn;
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2 die
Zangenpaare der 1 nach einem Leerhub;
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3 die
Zangenpaare der 1 bei Hubende;
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4 die
Zangenpaare der 1 bei einem Rückhub;
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5 eine
weitere Ausführungsform
einer Umreifungsvorrichtung mit einer mit Steuernocken versehenen
Steuerwelle als Linearverlagerungsmittel;
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6 eine
Darstellung, in welcher der Kraftverlauf einer Kolbenstange über dem
Hubweg der Kolbenstange aufgetragen ist.
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1 zeigt
eine Vorder- und Rückansicht
einer Verschlussmechanik einer Umreifungsvorrichtung 1.
Die Umreifungsvorrichtung 1 umfasst zwei Zangenpaare 2, 3,
die zum Einkerben von Umreifungshülsen verschwenkbar an einem
Zangenlager 4 gelagert sind. Jede der identisch konfigurierten
Zangen 5 weist einen Backenabschnitt 6 auf, der
mit einer nicht näher
dargestellten Verschlusshülse
in Eingriff gelangt sowie einen längeren Hebelabschnitt 7. Zwischen
dem Backenabschnitt 6 und dem Hebelabschnitt 7 befindet
sich ein Lagerpunkt P, um welchen die Zangen 5 schwenkbar
gegenüber
dem Zangenlager 4 sind.
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Zum
Verschwenken der Backenabschnitte 6 werden die Hebelabschnitte 7 betätigt. Hierzu
sind Kniehebel 8, 9 vorgesehen, welche mit einem
Ende 10 der Hebelabschnitte 7 verbunden sind.
Die Kniehebel 8, 9 sind mit ihren jeweils anderen
Enden 11 in einem Kniegelenk 12, 13 schwenkbeweglich
miteinander verbunden. Die Kniegelenke 12, 13 sind
in Hubrichtung H linear verlagerbar. Die Kniegelenke 12, 13 werden
in nicht näher
dargestellter Weise in einer als Längsnut ausgeführten Kulisse 14 geführt. Zur
Verlagerung der Kniegelenke 12, 13 ist ein Linearverlagerungsmittel 15 in
Form einer Kolbenstange vorgesehen. Die Kolbenstange ist bevorzugt
mit einem doppelt wirkenden Pneumatikzylinder gekoppelt und dient
zur Betätigung
beider Zangenpaare 2, 3. Hierzu ist das in der
Bildebene untere Ende des Linearverlagerungsmittels 15 als
Joch 16 ausgebildet, in welchem beide Kniegelenke 12, 13 gelagert
sind.
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Das
Besondere an diesem Joch 16 ist, dass ein erstes Zangenpaar 3 ein
Kniegelenk 13 aufweist, das nicht relativ gegenüber dem
Joch bzw. dem Linearverlagerungsmittel verlagerbar ist, wohingegen
das in der Bildebene linke Zangenpaar 2 ein Kniegelenk 12 aufweist,
das in einem Langloch 17 des Jochs 16 angeordnet
ist.
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Wie
anhand der Darstellung der 2 zu erkennen
ist, wird bei einem Absenken des Linearverlagerungsmittels 15 zu
Beginn des Hubs H zunächst ein
Leerhub überwunden.
Auf Grund der Verlagerbarkeit des Kniegelenks 12 innerhalb
des Langlochs 17 wird während
des Leerhubs nur das Kniegelenk 13 nach unten verlagert
und somit das Zangenpaar 3 betätigt, während das andere Zangenpaar
noch in der Stellung verharrt, wie es in 1 dargestellt
ist. Dadurch ergibt sich, dass die Kniegelenke 13 in diesem
Teilabschnitt des Hubs in Hubrichtung zueinander versetzt sind.
Das Zangenpaar 2 mit dem Langloch 17 läuft dem
anderen Zangenpaar 3 nach.
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In 2 ist
die Endposition des Leerhubs dargestellt. Das Kniegelenk 12 des
ersten Zangenpaares 2 befindet sich am oberen Ende des
Langlochs 17. Bei einem weiteren Absenken des Linearverlagerungsmittels 15 wird
nun auch das Kniegelenk 12 des nachlaufenden Zangenpaares 2 mitgeschleppt,
und zwar bis zu einem Maximalhub, wie er in 3 dargestellt
ist. Es ist zu erkennen, dass sich die Kniehebel 8 des
Zangenpaares 2 in Strecklage befinden, wohingegen das vorlaufende
Kniegelenk 13 bereits über
die Strecklage der Kniehebel 9 hinaus verlagert worden
ist, so dass sich das vorlaufende Zangenpaar 3 schon wieder
ein Stück
weit geöffnet hat.
Dieser Unterschied ist zwar minimal, führt jedoch dazu, dass die maximal
von den Zangenpaaren 2, 3 aufzubringenden Kräfte zu unterschiedlichen
Zeitpunkten anfallen, wie anhand der 6 deutlich
wird. In 6 ist die vom Linearverlagerungsmittel 15 aufzubringende
Kraft K über
den Hub H des Linearverlagerungsmittels aufgetragen. Die mit A gekennzeichnete
unterbrochene Linie stellt den Kraftverlauf dar, wie er zur Betätigung eines
einzelnen Zangenpaares 2, 3 erforderlich ist.
Wenn beide Zangenpaare 2, 3 synchron bewegt werden
würden,
d. h. ohne dass die Kniegelenke in einem Teilabschnitt ihres Hubs
zueinander versetzt verlaufen, würde
sich der Kraftverlauf gemäß der durchgezogenen
Linie B ergeben. In diesem Ausführungsbeispiel
würde dies
eine Maximalkraft von ca. 9.000 N bedeuten. Die dritte Linie C veranschaulicht
nunmehr den Kraftverlauf bei einem asynchronen Betrieb der Zangenpaare,
wobei das Kraftmaximum etwa in einer Größenordnung um 8.000 N liegt
und somit ca. 1.000 N niedriger ist als bei einer synchronen Betriebsweise.
Zwar ist der Gesamthub bei der asynchronen Ansteuerung der Zangenpaare 2, 3 etwas
größer, jedoch
sind die zum Betrieb der Umreifungsvorrichtung notwendigen Kräfte deutlich
geringer, was den Einsatz von gewichtsparenderen Komponenten bei
gleichem Prozessergebnis ermöglicht.
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4 verdeutlicht
die Zangenbewegung während
des Rückhubs.
Es ist zu erkennen, dass während
des Rückhubs
beide Zangenpaare 2, 3 synchron nach oben bewegt
werden, bis schließlich
wieder die Ausgangsposition erreicht wird, wie sie in 1 dargestellt
ist.
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Die
Erfindung ist nicht ausschließlich
auf Linearverlagerungsmittel in Form von Kolbenzylindereinheiten
beschränkt.
Theoretisch ist im Rahmen der Erfindung jedes Linearverlagerungsmittel
geeignet, so beispielsweise auch eine Steuerwelle 18, die
mit Steuernocken 19, 20 versehen ist. Diese Steuernocken 19, 20 sind
gemäß des Ausführungsbeispiels der 5 in
Umfangsrichtung zueinander angeordnet, so dass die Kniegelenke 12, 13 ebenso
wie bei dem Ausführungsbeispiel
der 1 zeitlich zueinander versetzt ausgelenkt und damit
verlagert werden. Anstelle von Steuernocken 19, 20 könnte auch
eine Kurvenscheibe zum Einsatz kommen oder auch eine Pleuelstange,
die, ebenso wie eine Kolbenstange, mit einem Joch versehen sein
kann, um die Zangenpaare 2, 3 asynchron anzusteuern.
Selbstverständlich
können
auch mehrere Linearverlagerungsmittel vorgesehen sein, sofern dies
der begrenzte Bauraum zulässt.
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Zur
Gewichtsreduzierung können
einzelne Komponenten der Umreifungsvorrichtung aus Aluminium gefertigt
sein, wie beispielsweise die Bauteile, in denen die Kulisse 14 ausgebildet
ist. Aber auch die Kniehebel können
aus hartcoatiertem Aluminium gefertigt sein. Schneidende Bauteile,
d. h. die Zangenpaare, sind bevorzugt aus Einsatzstahl gefertigt
und einsatzgehärtet.
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Es
versteht sich, dass die Hebelgeometrie auf den besonderen Anwendungsfall
anzupassen ist, damit das in dem Bereich der Verschlusshülse umschlossene
Band mit möglichst
geringem Kraftaufwand eingekerbt wird. Daher soll ein Zangenpaar
den Totpunkt des Kniehebelgetriebes überlaufen und im Bereich des
letzten Teils des Arbeitsweges wieder leicht geöffnet werden, wie es 3 zeigt.
Das nachlaufende Zangenpaar erreicht die erforderliche Einkerbtiefe
erst mit Erreichen des Hubendes des Linearverlagerungsmittels. Der
zeitliche Versatz führt
zu der gewünschten
Kraftreduzierung und dadurch zu einer leichteren Konstruktion.
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- 1
- Umreifungsvorrichtung
- 2
- Zangenpaar
- 3
- Zangenpaar
- 4
- Zangenlager
- 5
- Zange
- 6
- Backenabschnitt
- 7
- Hebelabschnitt
- 8
- Kniehebel
- 9
- Kniehebel
- 10
- Ende
- 11
- Ende
- 12
- Kniegelenk
- 13
- Kniegelenk
- 14
- Kulisse
- 15
- Linearverlagerungsmittel
- 16
- Joch
- 17
- Langloch
- 18
- Steuerwelle
- 19
- Steuernocken
- 20
- Steuernocken
- A
- Kraftverlauf
eines Zangenpaares
- B
- Kraftverlauf
synchronisierte Zangenpaare
- C
- Kraftverlauf
asynchroner Zangenpaare
- H
- Hub
- K
- Kraft
- P
- Lagerpunkt