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Die
Erfindung betrifft eine Verpackungsmaschine und ein Verfahren zu
deren Steuerung.
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Derartige
Verpackungsmaschinen dienen u. a. zum Einschlagen von Verpackungsgütern
mit Verpackungsbahnen. Die Verpackungsgüter können bspw.
Gebinde mit mehreren regelmäßig angeordneten Getränkebehältern
sein, die mit einer Einwegfolienverpackung umhüllt werden,
mit der sie auf Paletten gestapelt werden, um bei der Lagerung und
beim Transport besser gehandhabt werden zu können. Die Verpackungsfolie
wird mittels geeigneten Verpackungsmaschinen aufgebracht, mit deren
Hilfe das jeweils mit Folie zu umhüllende Gebinde mit einem zuvor
von einer Endlosbahn abgetrennten Folienabschnitt eingeschlagen
wird. Dieser Einschlag erfolgt normalerweise kontinuierlich, d.
h. im laufenden Transport der Gebinde, wobei die auf Länge
geschnittenen Folienabschnitte meist von einem Bereich unterhalb
des Transportniveaus der Gebinde zugeführt werden, so dass
das Gebinde auf einen Teil des Folienabschnittes geschoben wird,
der später den Bodenabschnitt bildet. Die Folienabschnitte werden
mittels mehrerer Führungs- und/oder Umlenkelemente auf
das Transportband sowie zu einem Einschlagelement gefördert,
das sich beweglich oberhalb der Gebinde befindet und während
deren Transport die Folienabschnitte um die Gebinde schlägt,
so dass diese weitgehend vollständig eingehüllt
werden.
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Eine
derartige kontinuierliche Vorrichtung zum Verpacken von kippgefährdeten
Gegenständen mittels einer Folienumhüllung geht
bspw. aus der
DE 42
07 725 C2 hervor.
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Auf
Grund einer leistungsbedingten Abhängigkeit werden die
Gebinde mehrspurig durch die Verpackungsmaschine befördert.
Es werden somit in einem Einschlagvorgang parallel mindestens zwei Gebinde
gleichzeitig von der Verpackungsfolie zumindest teilweise umhüllt.
Hierzu ist es notwendig, die verwendete Verpackungsfolie in mindestens
zwei Bahnen mittels einer Schneid- und nachfolgenden Spreizvorrichtung
zu trennen. Die ausgehende breite Folienbahn wird somit in mindestens
zwei Hälften getrennt und diese Hälften auf einen
ausreichenden Abstand gebracht, um ohne gegenseitige Störung
zwei parallel nebeneinander beförderte Gebinde einschlagen
zu können. Gegenwärtig wird die Funktion des Folienspreizens
meist dadurch realisiert, dass eine in zwei Bahnen geteilte Folie über
winklig angestellte starre Spreizrollen gezogen wird. Um die Reibung der
Folie an den starren Rollen zu minimieren, sind diese in einem Teilbereich
ihres Umfangs mit Bohrungen versehen, aus denen Luft strömt.
Dieser Teilbereich entspricht zumindest dem Umschlingungswinkel
der Folie. Hierdurch bildet die mit Druckluft beaufschlagte Rolle
ein Luftlager für die Folienbahn.
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Alternative
Varianten können vorsehen, auf das Luftbett zu verzichten
und die Folie lediglich über eine gekrümmte Welle
zu führen und zu ziehen. Diese Variante hat jedoch den
Nachteil, dass sich die Folie statisch auflädt und die
Spreizung nur ein geringes Spreizmaß annehmen kann, so
dass damit ein Folienabstand von typischerweise nur ca. 30 mm zu
realisieren ist.
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Vorrichtungen
zum Trennen von Materialbahnen in zwei Teilbahnen unter Verwendung
eines Folienspreizers mit Rollen zur Folienführung sind bspw.
aus der
DE 37 33 129
A1 , aus der
DE
42 41 354 C1 sowie aus der
DE 101 05 486 A1 bekannt.
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Längsschneiden von Bandmaterial
in dünne Streifen gehen bspw. aus der
DE 695 16 233 T2 hervor.
Hier wird das Bandmaterial mittels druckluftversorgten Luftlagern
gehalten und geführt.
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Im
weiteren Abwicklungs- und Transportprozess wird die auf eine definierte
Länge geschnittene Folie auf einem sog. Vakuumband in Richtung
der Folienumwicklungsstation transportiert. Aufgrund der vorgegebenen
Mechanik zweier getrennter Bänder über den Transportweg
von der Folientrennstation zum Vakuumband und zum Transportband
und dem Folieneinschlag muss die Folie über einen Bereich transportiert
bzw. geschoben werden, in dem keine Auflage der Folie gewährleistet
werden kann. Um diesen Bereich zu überbrücken
und zu gewährleisten, dass die Folie bzw. der Folienanfang
nicht schwerkraftbedingt wegknickt und damit eine Produktionsstörung
verursacht, wird die Folie unter Zuhilfenahme zweier Blasrohre stabilisiert
und mittels eines von den Blasrohren gebildeten Luftkanals in der
gewünschten Lage und Ausrichtung befördert.
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Grundsätzlich
haben die beschriebenen Systeme den Nachteil, dass ein Druckluftsystem
zur Verfügung stehen muss. Zudem bedingt die Druckluftstabilisierung und
-förderung der Folienabschnitte einen relativ hohen Druckluftverbrauch,
so dass ein relativ hoher Energieeinsatz für die Herstellung
der Druckluft erforderlich ist.
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Ein
vorrangiges Ziel der Erfindung besteht darin, eine leicht handhabbare
und zuverlässig funktionierende Führungsmöglichkeit
für Band- und Folienmaterial zu schaffen, die mit einem
gegenüber einer druckluftversorgten Luftlagerung reduziertem
Energieeinsatz betreibbar ist.
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Diese
Ziele werden bei einer Maschine mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass wenigstens eines von mehreren Führungselementen
für die als Verpackung verwendeten Verpackungs- und/oder
Folienbahnen als Ultraschalllagereinheit ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung
basiert somit im Wesentlichen auf dem Einsatz von Ultraschallluftlagern
als Führungs-, Umlenk- und/oder Lagerelemente für
die zu befördernden Verpackungsbahnen, insbesondere für
Folienabschnitte. Dabei wird mithilfe eines hochfrequent schwingenden
Bauteils die Luft zwischen dem zu transportierenden Medium und dem
Schwinger verdichtet und erzielt so eine gewisse Tragfähigkeit.
Diese Tragfähigkeit reicht in der Praxis aus, um die sehr leichten
Verpackungs- bzw. Folienbahnen in ausreichendem Abstand von den
Lager- bzw. Führungselementen zu führen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich somit im Wesentlichen auf die
Führungs-, Umlenk- und Lagerelemente für die verwendeten
Verpackungsbahnen. Sie bezieht sich jedoch in gleicher Weise auf eine
Maschine zum Verpacken von Gütern und/oder Verpackungseinheiten
mit einer flächenartigen Verpackungsbahn wie einer Einwegfolie
o. dgl. Diese Maschine umfasst eine Zuführeinheit für
die Verpackungsbahnen und eine Einschlageinheit zum zumindest abschnittsweisen
Umwickeln der Güter bzw. Verpackungseinheiten mit der Verpackungsbahn.
Die Verpackungsbahnen werden dabei über flächige, stegartige
und/oder rollenartige Führungselemente geführt
und/oder auf diesen zumindest abschnittsweise getragen. Die Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Führungselemente
als Ultraschalllagereinheit ausgebildet ist. Wahlweise kann die
wenigstens eine Ultraschalllagereinheit durch ein im Wesentlichen
quer zu einer Förderrichtung der Verpackungsbahn angeordnetes Umlenkelement
gebildet sein. Ein derartiges Umlenkelement ist vergleichbar mit
einer in herkömmlichen Maschinen verwendeten Umlenkrolle,
die ggf. über eine Druckluftversorgung zur Verbesserung
der Folienführung verfügen kann. Bei der erfindungsgemäßen
Maschine ist auf die Druckluftversorgung verzichtet, da die Ultraschalllagereinheit
für den notwendigen Abstand des Führungselements
zur Verpackungsbahn und damit für die gewünschte
Reduzierung der Reibungswiderstände sorgt.
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Bei
einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Verpackungsmaschine kann das Umlenkelement eine weitgehend berührungsfreie,
linienartige Umlenkung und/oder Führung für die
Verpackungsbahn bilden. Wahlweise können auch zwei oder
mehr winkelig zueinander angeordnete Umlenkelemente eine Spreizeinheit
zur beabstandeten Führung zweier oder mehr zuvor parallel
und/oder als eine einzige Verpackungsbahn geförderte Verpackungsbahnen
bilden.
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Die
Ultraschalllagereinheiten sind jedoch wahlweise auch dafür
geeignet, wenigstens eine Oberfläche mit einer flächenartigen
Führung für die Verpackungsbahn bzw. die Folienbahn
zu bilden.
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Die
wenigstens eine Ultraschalllagereinheit ist vorzugsweise durch ein
Ultraschallluftlager gebildet, dessen Aktivierung eine Verdichtung
der Luft zwischen der Verpackungsbahn und der Oberfläche der
Ultraschalllagereinheit auslöst. Das System des Schwingungserzeugers,
des Schwingers und der Schwingungsentkoppelung ist verfügbar
und kann je nach Bedarf dimensioniert und konfiguriert werden. Die
Ausführung des Schwingers bzw. des Schwingkörpers
ist dabei anwenderspezifisch auszuführen, bspw. als zylindrische
Rolle oder als flächige Platte. Die Erfindung beschreibt
den Einsatz des Systems in einer Verpackungsmaschine zum Handling
der Verpackungsfolien oder -bahnen in den Funktionsbereichen des
Spreizens der Folie und des Transportierens der Folie.
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Als
Verpackungsbahnen können Verpackungsfolien oder andere
geeignete Verpackungsbahnen, bspw. aus Papier oder aus einem geeigneten
Verbundmaterial, verwendet werden, die sich für den Einsatzzweck
des Umhüllens und Verpackens von Verpackungsgütern
wie z. B. Gebinden mit Getränkebehältern eignen.
Wird als Verpackungsmaterial eine herkömmliche Verpackungsfolie
verwendet, so wird diese normalerweise nach dem Einschlagen des
Verpackungsguts mittels Wärmeeinwirkung um das Verpackungsgut
geschrumpft.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft neben der Verpackungsmaschine auch
ein Verfahren zum Verpacken von Gütern und/oder Verpackungseinheiten mit
einer flächenartigen Verpackungsbahn wie einer Einwegfolie
o. dgl., bei dem die Verpackungsbahnen einer Einschlageinheit zum
zumindest abschnittsweise Umwickeln der Güter bzw. Verpackungseinheiten mit
der Verpackungsbahn zugeführt werden. Die Verpackungsbahnen
werden dabei über flächige, stegartige und/oder
rollenartige Führungselemente geführt und/oder
auf diesen zumindest abschnittsweise getragen. Diese Führungselemente
sind als Ultraschalllagereinheiten in Form von Ultraschallluftlagern
gebildet, deren Aktivierung eine Verdichtung der Luft zwischen der
Verpackungsbahn und der Oberfläche der Ultraschalllagereinheit
auslöst.
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Zusammenfassend
basiert die Erfindung auf dem Einsatz von Ultraschallluftlagern
in Verpackungsmaschinen bzw. in Verfahren zum Verpacken von Verpackungsgütern.
Dabei wird mithilfe eines hochfrequent schwingenden Bauteils die
Luft zwischen dem zu transportierenden Medium und dem Schwinger
verdichtet und erzielt so eine gewünschte Tragfähigkeit.
Bei einem ersten Anwendungsfall werden die luftunterstützten,
winklig anstellbaren und feststehenden Spreizumlenkungen durch ein
Ultraschallluftlager erzeugendes System ersetzt. Der hoch verdichtete „Luftfilm” bewirkt,
dass die Folie nahezu berührungsfrei über die
Spreizrollen gezogen wird und durch deren winklige Stellung gespreizt wird.
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In
einem alternativen und ggf. mit dem ersten Anwendungsfall kombinierbaren
zweiten Anwendungsfall werden die Blasrohre, die einen „Luftkanal” erzeugen,
durch ein flächiges Schwingungssystem ersetzt, das wiederum
durch einen „Luftfilm” ein berührungsloses
Transportieren der Folie ermöglicht.
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Der
wesentliche Vorteil des Systems ist die massive Reduzierung des
Energieverbrauchs, da auf Druckluft als unterstützendes
Medium verzichtet werden kann. Somit ist das System wesentlich energieeffizienter
als die bisher bekannten Systeme.
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Die
bisher durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass sich
die verwendeten Ultraschallluftlager für den benötigten
Einsatzzweck in der Transporttechnik eignen. Das System eignet sich
in idealer Weise als Alternativlösung zu den vorhandenen
Applikationen, die mit Druckluft arbeiten. Weitere Anwendungen im
Bereich der Folienführung sind denkbar und sinnvoll.
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Weitere
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus
der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel
dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.
Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen
auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung mit wesentlichen Funktionselementen
einer Verpackungsmaschine.
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2 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer Folienumlenkung der Verpackungsmaschine gemäß 1.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer Folienspreizung.
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4 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer flächigen Folienführung
der Verpackungsmaschine gemäß 1.
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Die
schematische Darstellung der 1 zeigt
die wesentlichen Funktionselemente einer an sich bekannten Verpackungsmaschine 10,
die ein Führungssystem 12 zur Zuführung
von abgelängten und/oder in Längsrichtung in zwei
oder mehreren parallel und beabstandeten geführte geteilte
Folienbahnen 14 zu Gebinden 16 umfasst. Die Gebinde 16 werden
auf einem horizontal angeordneten Transportband 18 zur
Verpackungsstation 20 befördert, wo sie mittels
einer Einschlageinrichtung 22 mit passend abgelängten
Folienbahnen 14 eingeschlagen und umhüllt werden,
um sie ggf. anschließend mittels Wärmeeinwirkung
einem Schrumpfungsprozess (nicht dargestellt) zu unterziehen. Die
Folienbahnen 14 werden im gezeigten Ausführungsbeispiel
vor dem Trennen in passend abgelängte Abschnitte von einer
Folientrommel 24 abgezogen, so dass über einen
längeren Zeitraum eine Endloszuführung gewährleistet
werden kann. Bevor die Folientrommel 24 vollständig
abgerollt ist, kann eine weitere Folientrommel 26 aktiviert
werden.
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Die
gekennzeichneten Detailbereiche II und IV werden nachfolgend anhand
der 2, 3 und 4 näher
erläutert.
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Die
schematische Seitenansicht der 2 zeigt
in detaillierter Darstellung die Folienumlenkung des Ausschnitts
II der Verpackungsmaschine 10 aus 1. Die Folienbahn 14 wird
dabei mittels erfindungsgemäßer Ultraschallluftlager 28 mehrfach
umgelenkt und kann nach Einbringung eines geeigneten mittigen Einschnitts
mittels zweier nebeneinander angeordneter und um einen flachen Winkel
x angestellter Ultraschallluftlager 28 in gewünschtem
Abstand zueinander gebracht werden. Die schematische Darstellung
der 3 verdeutlicht diese sogenannte Folienspreizung.
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Die
schematische Seitenansicht der 4 zeigt
schließlich eine flächige Folienführung
des Ausschnitts IV der Verpackungsmaschine 10 aus 1. Die
zur Einschlageinrichtung 22 der Verpackungsstation 20 zu
fördernde Folienbahn 14 wird mittels eines Transportbandes 30 der
Trennstation in schräger Richtung nach oben auf das Niveau
des vorderen Transportbandes 32 für die Gebinde 16 gefördert.
Da das Transportband 30 der Trennstation vor der Kette 34 der
Einschlageinrichtung 22 enden muss und nach unten umgelenkt
wird, bleibt zwischen dem vorderen Transportband 32 und
dem unteren Transportband 30 der Trennstation eine Lücke,
innerhalb derer die Folienbahn 14 geführt werden
sollte, um ein Umschlagen oder eine sonstige Fehlfunktion zuverlässig verhindern
zu können. Wie mit der 4 verdeutlicht,
befinden sich unterhalb der Überschubplatte 36, welche
das hintere Transportband 18 mit dem auf gleichem Höhenniveau
befindlichen vorderen Transportband 32, getrennt durch
die Durchführung für die Kette 34 und
den Zuführspalt für die Folienbahn 14, zwei
flächig ausgebildete Ultraschallluftlager 38,
die parallel zueinander angeordnet sind, so dass sie einen Führungsspalt 40 bilden,
in dem die Folienbahn 14 zuverlässig geführt
und auf das Niveau des vorderen Transportbandes 32 gebracht
werden kann.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und
Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen
Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich
fallen.
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- 10
- Verpackungsmaschine
- 12
- Führungssystem
- 14
- Folienbahn
- 16
- Gebinde
- 18
- hinteres
Transportband
- 20
- Verpackungsstation
- 22
- Einschlageinrichtung
- 24
- Folientrommel
- 26
- weitere
Folientrommel
- 28
- Ultraschallluftlager
- 30
- Transportband
(Trennstation)
- 32
- vorderes
Transportband (Einschlageinrichtung)
- 34
- Kette
- 36
- Überschubplatte
- 38
- flächige
Ultraschallluftlager
- 40
- Führungsspalt
- X
- flacher
Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4207725
C2 [0003]
- - DE 3733129 A1 [0006]
- - DE 4241354 C1 [0006]
- - DE 10105486 A1 [0006]
- - DE 69516233 T2 [0007]