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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für das variable Eintakten von zylindrischen Objekten, nämlich Preforms mit einem Neckring, aus einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Produktstrom, wobei der Preform zwischen zwei seitlichen Anschlägen aufgenommen ist.
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Bei den zylindrischen Objekten handelt es sich um PET-Flaschenvorformlinge, sogenannten Preforms mit einem Neckring.
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Unter dem Eintakten versteht man das Vereinzeln der Preforms aus einem Materialfluss, indem man dabei in der Regel noch diverse Kriterien erfüllt, respektive erfüllen muss, wie zum Beilspiel: konstanter Abstand zwischen den Preforms; genaue Position zum Bezugssystem, synchroner Lauf zu der Peripherie, Veränderung der Fördergeschwindigkeit usw.
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Einsatzgebiete
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- - Erstes Einsatzgebiet: Preforminspektion
- - Die Aufgabe des VTR (Variablen Taktrades) ist, die Preforms aus einem zugeführten linear geordneten Preformstrom (z.B. Scheibenpreformsortierer nach EP 2 714 370 B1 abzunehmen und diese einem optischen Inspektionssystem in gewünschter Position zu präsentieren, sowie anschließend die Preforms synchron an das Abnahmesystem abzugeben.
- - Ein Zweites Einsatzgebiet: Blasmaschinenzuführung
- - Die Aufgabe des VTR (Variablen Taktrades) ist, die Preforms aus einem zugeführten linear geordneten Preformstrom abzunehmen und diese einem Greifersystem synchron, auf die Mitte zentriert in gewünschter Position zu präsentieren, sowie anschließend die Preforms an der gewünschten Abnahme-Stelle freizugeben.
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Motivation für die Erfindung des VTR (Variablen Taktrades) war das Bedürfnis die neuen Anforderungen beim Bau eines Inspektionsgeräts zu erfüllen, sowie die Schwachstellen zu verbessern wie auch die Einschränkungen der gängigen klassischen Lösungen, die dem „Stand der Technik“ entsprechen, zu umgehen.
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Einleitung:
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Es gibt drei relevante Eintaktmethoden für das Eintakten von Preforms oder fertigen Flaschen.
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Methode 1 Eintaktspirale
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Merkmale und Stärken/Schwächen
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- - + Grosser Verzug möglich, Kontinuierliche Beschleunigung,
- - -- Staudruck notwendig; sehr hohe Drehzahl und rel. Geschwindigkeiten zum Produkt = hohe Reibung, Formatabhängig = viele Wechselteile
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Methode 2 Vereinzeler mit Beschleunigungsstrecke und Fang- und Zentriermechanik
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Merkmale und Stärken/Schwächen
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- - + Grosser Verzug möglich, teilvariable Verstellung beim Formatwechsel
- - -- Sehr komplexe Mechanik und Steuerung, Beschleunigungsstrecke notwendig, Staudruck notwendig
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Methode 3 Starres Eintaktrad
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Merkmale und Stärken/Schwächen
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- - + Rel. einfache Mechanik, aber nur Einzweckrad
- - -- Staudruck notwendig, sehr hohe Beschleunigungen, störende Pulsation des einlaufenden Preformstromes, Formatabhängig = viele Wechselteile
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Außerdem offenbart die
US 2003/0106778 A1 eine Einrichtung für das Eintakten von zylindrischen Objekten, nämlich Flaschen aus einem kontinuierlichen Produktstrom, wobei jedes Objekt zwischen zwei seitlichen Anschlägen, nämlich einer äußeren Führung und einem Innenrad aufgenommen wird, wobei in dem Innenrad Zähne flexibel gelagert sind, die sich gegen eine Schraubenfeder abstützen. Die als Mitnehmer wirkenden Zähne sind federnd gelagert, um eine Beschädigung der Flaschen beim Eintritt in den gebogenen Kanal um das Innenrad herum zu vermeiden, indem der Zahn sich gegen die Kraft der Feder einzieht, bevor es zu einer Beschädigung kommt.
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Die
DE 38 11 394 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Verändern von Abständen zwischen hintereinander bewegten Gegenständen, insbesondere Behältern, wobei jeder Behälter zwischen zwei seitlichen Anschlägen aufgenommen wird. Der erste Anschlag wird durch ein Bogenstück gebildet, das an seiner radial inneren Seite kreisbogenförmig und gleichachsig mit einer Führung gekrümmt ist. Das Bogenstück hat von der Führung einen radialen Abstand, der an den Durchmesser der Gegenstände angepasst ist. Die Vorrichtung weist darüber hinaus eine Nabe auf, die um eine senkrechte Drehachse drehantreibbar ist. Von der Nabe weg erstrecken sich in radialen Richtungen voneinander zahlreiche Speichen. An einem Ende jeder Speiche ist ein Mitnehmer angeordnet, der in der Draufsicht keilförmig ausgebildet ist. Der Mitnehmer wird entlang der Führung in konstantem Abstand zu der radial inneren Seite des Bogenstücks geführt. Durch die Exzentrizität der Drehachse der Nabe in Bezug auf die Achse der Führung ändert sich der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Gegenständen während jeder Umdrehung der Nabe.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Einrichtung für das variable Eintakten von zylindrischen Objekten, nämlich Preforms mit einem Neckring, aus einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Produktstrom vorzuschlagen, bei der eine sanfte, stetige Teilungsänderung zwischen den Preforms gewährleistet ist, eine stabile Lage und Rotation der Preforms während des Transports um die eigene Längsachse ermöglicht wird und die Notwendigkeit eines Kopfniederhalters entfällt, sodass der Mündungsbereich der Preforms frei zugänglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
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Allgemeine Bemerkungen/Einleitung:
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In den nachfolgenden Abschnitten werden nacheinander die einzelnen Komponenten des VTR-Moduls vorgestellt, beschrieben, Funktionen erklärt, und die Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik, resp. anderen Erfindungen aufgeführt.
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Bei dieser Erfindung geht es primär um das VTR-Modul und dessen spezifischen Funktionen, Vorteile, Merkmale und Ausprägungen sowie neue Anwendungsmöglichkeiten bei Inspektionseinrichtungen oder bei Blasmaschinen.
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Variables Taktrad, Abkürzung VTR
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Hauptfunktionen und Hauptmerkmale:
- 1. Eintakten ohne Staudruck möglich
- 2. Nur ein Taktrad für ein breites Preformspektrum ist ausreichend
- 3. Aufnahme von einer asymmetrischen Bahn, Abgabe auf eine symmetrische Bahn
- - Auch alle übrigen Kombinationen sind möglich
- - Ebenfalls Fluss-Richtungsänderung oder Reversierbetrieb sind möglich
- 4. Sehr sanfter, stetiger und variabler Abstandverzug möglich (Teilungsänderung)
- 5. Kein störendes Pulsieren des Preformeinlaufstroms
- 6. Rotation der zentrierten Preforms während der Transportstrecke im VTR um die eigene Längsachse möglich
- 7. Kein Kopfniederhalter notwendig
- 8. Mündungsbereich der Preforms frei zugänglich. (für optische oder mechanische Inspektion)
- 9. Steuerkurven-Steuerkulissen
- 10. Ortstreue synchrone Übergabe
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Komponenten des VTR-Moduls
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Das VTR-Modul besteht aus einer gelagerten Scheibe als Grundkörper, der die am Umfang verteilten, radial geführten und gefederten Laufrolleneinheiten trägt. Für die Begrenzung des radialen Freiheitsgrades gegen Außen dient ein Wegbegrenzungsring (1 und 2).
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1)Eintakten ohne Staudruck
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Wie in der Einleitung beschrieben gibt es drei relevante Methoden/prinzipielle Verfahren für das Eintakten der Preforms oder Flaschen. Alle diese Verfahren benötigen einen geschlossenen Preformstrom, der unter einem Staudruck stehen muss, damit ein Vertakten, resp. Klemmen in dem Preform-Eintakt-Einlaufbereich nicht stattfinden kann. Zur Erfüllung der beiden Bedingungen muss ein bedeutender Aufwand betrieben werden, der mit steigender Förder-Geschwindigkeit (High-speed-feeding) überproportional zunimmt.
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Die vorliegende Konzeption des VTR benötigt die beiden einleitend genannten Bedingungen nicht. Sie ist (wie im Bild dargestellt) in der Lage einen offenen Preformstrom und sogar ein einzeln ankommendes Preform mühelos zu verarbeiten ( 2). Dies ermöglichen die nachgiebig ausgebildeten Laufrolleneinheiten.
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Diese Eigenschaft erteilt der vorliegenden Erfindung ein hohes Potenzial für die praktische Anwendung.
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Die Preforms können mittels einer Gravitationsschiene, mittels Luftstrahl, oder vorteilhaft durch eine „Laufende Schiene“ (wie in der
DE 10 2011 050 843 A1 dargestellt) zugeführt werden.
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2) Abdecken eines breiten Preformspektrums
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Wie in der Einleitung beschrieben, gibt es drei relevante Methoden/prinzipielle Verfahren für das Eintakten der Preforms oder Flaschen. Verfahren 1 und 3 sind voll formatabhängige Verfahren. Das heißt, dass für jede Preformdurchmessergröße ein kompletter Formatwechselsatz vorhanden sein muss.
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Die vorliegende Konzeption des VTR ist in der Lage ein breites Spektrum an Preformdurchmessern aufzunehmen ohne, dass die VTR-Formatteile gewechselt werden müssten (3). Dies ermöglichen ebenfalls die nachgiebig ausgebildeten Laufrolleneinheiten, indem der radiale Nachgiebigkeitsweg entsprechend dimensioniert ist (siehe auch weitere VTR-Merkmale und Kombinationen, die nachfolgend beschrieben sind).
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Diese Eigenschaft erteilt der vorliegenden Erfindung ein hohes Potenzial für den wirtschaftlichen Nutzen dieser Anwendung.
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3) Aufnahme von einer asymmetrischen Bahn, Abgabe auf eine symmetrische Bahn
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In der Regel werden in der Praxis die Preforms zu der Eintakteinrichtung asymmetrisch zugeführt. (siehe Bild). Dies hat den Vorteil, dass nur die eine Führungsbahn verstellt werden muss, wenn ein Formatwechsel stattfindet. (z. B. Durchmesseränderung)
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Die vorliegende Konzeption des VTR ist in der Lage von einer asymmetrischen- auf eine symmetrische Bahn zu wechseln, ohne einen Austausch des VT-Rades vornehmen zu müssen. Auch alle übrigen Kombinationen sind möglich, (symmetrisch - symmetrisch; asymmetrisch - asymmetrisch; usw.) Ebenfalls Fluss-Richtungsänderung oder Reversierbetrieb ist realisierbar.
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Dies ermöglicht ebenfalls die VTR-Konzeption in der Kombination der nachgiebig ausgebildeten Laufrolleneinheiten und der Bahnkulisse (Schablone) (siehe auch weitere VTR-Merkmale und Kombinationen, die nachfolgend beschrieben sind und 4).
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Diese Eigenschaft erteilt der vorliegenden Erfindung ein hohes Potenzial an Flexibilität und wirtschaftlichen Nutzen.
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4) Sehr sanfter, stetiger und variabler Abstandverzug
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Neben dem Vereinzeln der Elemente aus einem stochastischen Materialfluss ist das Erstellen eines konstanten Abstands zwischen den Elementen, sogenannter Verzug oder Teilung, die zweitwichtigste Aufgabe eines Eintaktsystems. Verfahren 1, 2 und 3 sind voll Verzug abhängige Verfahren. Das heißt, dass für jede Verzugsgröße respektive Teilungsänderung ein kompletter Formatwechselsatz vorhanden sein muss.
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Die vorliegende Konzeption des VTR ist in der Lage im relativ großen Bandbereich den Verzug zu variieren ohne einen Austausch des VT-Rades vornehmen zu müssen. (Siehe 5)
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Die Größe des Verzugs, resp. der Teilung und der Abgabeort der Preforms bezogen auf das Zentrum stehen im geometrischen Zusammenhang zu einander. Die variable Festlegung erfolgt durch den Einsatz der passenden Bahnkulisse. Dies ist das einzige Wechselteil.
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Ebenfalls ist aus 5 leicht erkenntlich, dass die Verzugszunahme sehr sanft und stetig erfolgen kann. Großer Weg-Winkel z. B 180° = sehr sanfte Verzugszunahme, resp. Teilungszunahme, kleiner Weg-Winkel z. B 45° = schnellere Verzugszunahme, aber vorteilhaft ist, es wird dazu nur sehr kurze Umfangstrecke benötigt. Dies wird durch die entsprechend ausgeführte Bahnkulisse, die ja dann eine entsprechende Kurve ist, erreicht.
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Diese Variation ermöglicht ebenfalls die VTR-Konzeption in der Kombination der nachgiebig ausgebildeten Laufrolleneinheiten und der entsprechenden Bahnkulisse (Schablone) (siehe auch weitere VTR-Merkmale und Kombinationen, die nachfolgend beschrieben sind).
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Die vorliegende Erfindung gewinnt durch diese Kombination ein hohes Potenzial an Flexibilität in Bezug auf die Liefergeschwindigkeit und Teilungsgröße sowie der wählbaren Abgabeposition.
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5) Kein störendes Pulsieren des Preformeinlauf-Stroms)
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Eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, den sehr ungünstigen und mit der zunehmenden Geschwindigkeit sehr störenden Effekt des Pulsieren des Preformeinlauf-Stroms. Dieser Effekt tritt bei der Eintaktmethode 3, starres Taktrad, siehe 6, hauptsächlich auf. Da diese Methode die meist verwendete Methode beim Eintakten von Preforms oder Flaschen ist, hat die Beseitigung dieser Störgröße besonders bei High-speed-Anwendungen sehr große Bedeutung.
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Die Pulsation entsteht durch die extreme und plötzliche Beschleunigung bei der Preformmitnahme durch die Taktradtasche beim Verzug. Anschließend muss die Preformsäule im Einlauf schnell nachfließen, um dann für einen Takt lang praktisch stillzustehen. Da die Preforms elastisch sind, wirken sie wie eine Feder, die sich durch diese Pulsation hochschaukeln kann und zu Phasenverschiebungen führt. Diese wiederum führen zum Vertakten resp. zum Klemmen. Die Pulsation ist um so größer, je größer der Preformdurchmesser und je größer der Verzug und die Geschwindigkeit sind.
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Die vorliegende Erfindung gewinnt durch diese Eigenschaft ein hohes Potenzial für das Eintakten von Preforms an der Blasmaschine. Explizit bei high speed Maschinen (siehe 7).
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6) Rotation der zentrierten Preforms
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Eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, die Preforms nicht nur eintakten, den Verzug erzeugen, zentrieren und weitertransportieren, sondern auch während des Transportes um die eigene Achse zu drehen.
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Dies ermöglicht ebenfalls die VTR-Konzeption in der Kombination der nachgiebig ausgebildeten Einheiten mit gelagerten profilierten Führungsrollen und der Anpressung an die profilierte Bahnkulisse (Schablone) an welcher sich der Preform abrollt(siehe auch 8, 9 und 10). Diese Funktion ermöglicht eine Inspektion oder eine Behandlung der Preform-Außenoberfläche auf dem gesamten Preform-Umfang durch Einrichtungen welche an der Peripherie stationär angebracht werden können.
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7) Kein Kopfniederhalter notwendig
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Der Preform-Neckring wird erfindungsgemäß durch die Laufrolleneinheiten mit gelagerten profilierten Führungsrollen und durch die profilierte Bahnkulisse (Schablone) an drei Punkten formschlüssig gehalten (siehe auch 9). Diese Art der formschlüssigen Führung ermöglicht eine stabile Lage der Preforms und den Verzicht eines Kopfniederhalters, wie es bei den Eintaktverfahren 1-3 in der Regel notwendig ist. Vorteilhaft ist, dass dadurch die aufwendigen Elemente, die Reibung und die unstabile Lage entfallen. Weitere wesentliche Vorteile sind, dass der Mündungsbereich der Preforms völlig frei ist und für die optische und mechanische Inspektion im Außenbereich, sowie im Innenbereich der Preforms ungehindert möglich ist (siehe auch Punkt. Nr. 8).
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8) Mündungsbereich der Preforms ist frei zugänglich.
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Eine weitere Zielsetzung der vorliegenden VTR-Erfindung ist, den Mündungsbereich der Preforms frei zu halten um Operationen/Behandlungen am Mündungsbereich und/oder im Inneren durchführen zu können und dies während des Weitertransportes der Preforms.
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Die Voraussetzungen sind dazu schon durch die Maßnahmen, wie unter Punkt Nr. 7 (kein Kopfniederhalter notwendig), geschaffen worden.
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Dieser freie Mündungszugang ermöglicht folgende Operationen an den transportierten Preforms:
- 1. Der Preform-Mündungsbereich kann jetzt vollumfänglich optisch auf Fehler überprüft werden.
- 2. Der Preform-Mündungsbereich kann jetzt vollumfänglich ohne Behinderung mit ionisiertem Licht/Luft aseptisch gemacht werden (12).
- 3. Das Eintauchen einer Rinserlanze, zwecks Ausblasens/Ionisierens der Preforms, ins Preforminnere ist unbehindert möglich (11).
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9) Steuerkurven-Steuerkulissen
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Ein weiteres Funktionsfeld der VTR-Konzeption kann durch die Anwendung der Steuerkulissen erschlossen werden.
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Zielsetzung der vorliegenden Steuerkulissen ist es dem VTR weitere Funktionen zu geben:
- - Außensteuerkulissen (14 und 15); diese wirken auf die Laufrolleneinheiten von außen und ermöglichen eine spezielle mathematisch definierte Ein- oder Auslauf-Kurve oder ein spezielles Verhalten zu realisieren. Die Laufrolleneinheiten laufen dabei nicht an ihren Endanschlag, sondern tasten die geometrische Bahnvorgabe über ihren Verlängerungsbolzen von dieser Kulisse ab.
- - Innenkulisse (13); diese wirken auf die Laufrolleneinheiten von innen und ermöglichen eine spezielle, mathematisch definierte, Ein- oder Auslauf-Kurve zu realisieren. Die Laufrolleneinheiten werden dabei gehindert am Einfedern und wirken als starre Rollen. So entsteht aus einem variablen Taktrad im Auslauf ein Schubrad. Als Option kann die Innenkulisse federnd angeordnet werden. Dadurch entsteht beim Schubrad eine Schubkraftbegrenzung. Die Innenkulisse wirkt jetzt als Schubkrafteinstellung oder für den Überlastfall als eine Rutschkupplung.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht durch diese Integration der zwei Funktionen in einer Einheit, Taktrad-Schubrad, eine sehr kompakte Bauweise explizit für high speed Maschinen.
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10) Ortstreue synchrone Übergabe
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Die Endaufgabe der vorliegenden VTR-Konzeption ist eine ortstreue, synchrone Übergabe der Preforms an das nachfolgende System (Preformabnehmer). Die häufigsten Abnehmer sind Inspektionsmodule, Heizketten der Blasmaschinen, pneumatische oder mechanische Greifer, oder eben wie beim Schubrad unter Pkt. 9 erklärt und dargestellt, oder Abgabe der Preforms in die Führungsschienen. Durch die vielseitige Funktionalität und der neuen Merkmale des VTR-Systems ist im Bereich der Übergabe vieles neu realisierbar. z. B.:
- 1. Übergabe an rotative (wie in 16 dargestellt) oder lineare (nicht explizit dargestellt) Greifersysteme.
- 3. Die Umkehrung; Übergabe von Greifern an das VTR
- 3. Zentrier-Zusatzfunktion bei der Übergabe an die Inspektionseinheit an das SSR (Saugscheibenrad, 17), wie in der DE 10 2012 102 073 A1 beschrieben, werden die Preforms durch rotierende Saugscheiben aufgenommen. Dabei bietet das VTR, besser gesagt die Bahnkulisse im Auslaufteil eine Leitplanke mit der die angesaugten, rotierende Preforms sich automatisch durch das Abwälzen auf die Saugscheibenmitte zentrieren.
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Die Synchronisation zwischen den Abnahmesystemen und dem VTR erfolgt durch formschlüssige Antriebselemente wie Zahnriemen, Ketten, oder Zahnräder. „Eine elektronische Welle“ (zwei Motoren über elektronische Steuerung synchronisiert) ist ebenfalls denkbar.
