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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Das Verfahren sowie die Vorrichtung beziehen sich auf einseitig offene Behälter, welche mittels eines, vorzugsweise eine Aufreißlasche umfassenden Deckels fügetechnisch zu verbinden sind.
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AT 047 677 E offenbart ein Verfahren zum Verschließen eines Behälters mit einem Deckel. Hierbei wird der Deckel auf den einseitig offenen Behälter aufgelegt und in zwei Verfahrensschritten wird durch eine erste und eine zweite Rolle die Umformung der Ränder von Deckel und Behälter zu einem dauerhaft dicht verschlossenen Verbindungsfalz erzeugt. Die Bewegungen von Deckel und Behälter sowie die der Rollen werden üblicherweise mechanisch zwangsangetrieben. Eine derartige Verschließvorrichtung erfordert eine sehr genaue Einstellung sowie Einhaltung der Prozessparameter und ist relativ aufwendig. Abweichungen oder Störungen führen zu Qualitätsminderungen am Verbindungsfalz, z.B. Undichtheit, oder Ausschuss in Form von Deformierungen, Beschädigungen etc. Das dauerhafte Verschließen von Behältern mit Deckeln erfolgt in der Regel nach dem Befüllen und steht am Ende der Prozesskette. Auftretende Fehler sind somit schwer erkennbar und können hohe Verluste verursachen.
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WO 01993 015957 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Verschließen von Behältern unter Verwendung eines Verbindungsfalzes, wobei Falzrollen vorgesehen sind, deren Stellung bei Passieren mittels ortsfesten Sensoren überwacht wird. Lediglich lokale, bei der Passage eines Sensors auftretende Fehler können damit überwacht werden.
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Aus
DE 102 17 933 A1 ist ein Verfahren sowie ein Werkzeug zum Verschließen von Dosen bekannt. Die Falzverbindung von Dose und Deckel wird gebildet, indem eine steuerbare Umformkraft auf jedes partielle Randsegment des auszubildenden Doppelfalzes während des Umformvorganges mittels der Abrollbewegung einer Falzrolle durch einen programmgesteuerten Servoantrieb eingebracht wird. Das Werkzeug umfasst den einen Satz von Falzrollen tragenden Servoantrieb, wobei die erste Falzrolle oder die zweite Falzrolle jeweils zu einer Futterplatte bei einer Ansteuerung in eine Wirkverbindung treten. Um Umfang der Futterplatte verteilt sind Initiatoren oder Taster zur Online-Kontrolle vorgesehen.
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Ein Verfahren zur Verschlusskontrolle eines Behälters offenbart
EP 0 693 010 B1 /
DE 0694 01 923 T2 . Eine Verschlussmaschine weist wenigstens eine Schließrolle auf und die Verschlusskontrolle erfolgt mittels eines Sensorkopfes.
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Der Sensorkopf wird durch einen Beschleunigungsmesser gebildet, der auf einer Schließrolle oder einer der Schließrollen benachbart angeordnet ist. Das eine, durch den Beschleunigungsmesser generierte Signal wird mit bekannten Vergleichsgrößen verglichen, um mögliche Verschlussfehler anzuzeigen.
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DE 10 2007 002 008 A1 beschreibt eine Verschließeinheit für Verpackungen in Dosenform mit einem motorischen Antrieb zum Antreiben von Verschließhebeln, wobei die Verschließhebel Elemente, z.B. Rollen, tragen, die an Wirkstellen auf die Verpackungen einwirken. Hierzu ist eine Messeinrichtung vorgesehen, die in dem Kraftfluß zwischen dem Momentenausgang des motorischen Antriebes und der Wirkstelle an den Verschließhebeln angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannter Art zu schaffen, welche den Verschließvorgang eines Behälters mit Deckel aktiv überwacht und kontrolliert.
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Die Aufgabe wird durch die Ausbildungsmerkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 7 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein erster Vorteil der vorliegenden Lösung ist darin begründet, dass diese die Einstellung der Prozessparameter vereinfacht, eine Überwachung der Parameter gestattet und eine Onlinekontrolle des Umformvorganges „Verschließen eine Behälters“ ermöglicht.
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Ein zweiter Vorteil besteht darin, dass der Umformvorgang, d. h. der Falzvorgang von einem einseitig offenene Behälter und einem Deckel durch Messen von Umformkraft und -weg mittels einer als Messwelle ausgebildeten Welle überwacht wird. Dabei wird die Welle in Achsrichtung zwischen einem als Servomotor ausgebildeten Elektromotor und zumindest einer, auf einer Schwinge angeordneten Rolle (Falzrolle) für den Falzvorgang angeordnet und durch zwei, in Abständen in Achsrichtung zueinander angeordnete, mit der Welle in Wirkverbindung stehende Sensoren (Winkelgeber oder Dehnungsmessstreifen und Winkelgeber) wird eine Kraft- und Wegmessung realisiert. Hierzu sind die Sensoren mit einer Auswerteeinheit mit nachgeschalteter Steuerungseinrichtung schaltungs- und signaltechnisch gekoppelt, welche wiederum mit dem Elektromotor in Wirkverbindung ist.
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Die Messwelle weist einen definierten Durchmesser sowie eine definierte Länge auf und ist in Kombination mit einem Schwenkantrieb, gebildet aus Elektromotor, Schwinge, wenigstes einer Rolle (im Eingriff zum Behälter), als vorgespannte Torsionsfeder ausgebildet.
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Beide Sensoren können als hochauflösende Winkelgeber ausgebildet sein.
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Der erste Sensor ist im Bereich des ersten Wellenendes, zum Elektromotor benachbart, und der zweite Sensor ist im Bereich des zweiten Wellenendes, zur Schwinge mit Rollen benachbart, angeordnet. Mittels dieser Sensoren wird der Verdrehwinkel an beiden Wellenenden separat erfasst.
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Aus dem jeweils erfassten Winkel des zweiten Sensors und den geometrischen Daten, gebildet aus dem Abstand zwischen Drehpunkt der Schwinge und Achse der jeweiligen Rolle sowie ggf. dem jeweiligen Rollendurchmesser, kann der einzelene Hub der jeweiligen Rolle bestimmt werden.
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Alternativ kann der erste Sensor als Dehnungsmessstreifen (DMS) ausgebildet an der Messwelle fixiert sein. Der zweite Sensor ist hierbei unverändert. Mittels des Dehnungsmessstreifens ist bei dieser Ausbildung das Torsionsmoment an der Messwelle bestimmbar.
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Da die jeweilige Rolle durch die Vorspannung der Welle während des Umformvorganges „Verschließen eine Behälters“ stets in Kontakt mit dem Rand (Falzrand) des jeweiligen Behälters (mit Deckel) ist, bilden sich sämtliche Unebebenheiten des Falzrandes ebenso wie sämtliche Ungleichförmigkeiten der jeweiligen im Eingriff stehenden Rolle direkt auf dem Hub der Rolle ab. Damit lassen sich je nach Auflösung der Sensoren sowie den mechanischen Gegebenheiten direkte Aussagen über die Qualität des Umformvorganges „Verschließen eine Behälters“ treffen.
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Die Differenz zwischen den gemesssenen Werten am ersten Sensor sowie am zweiten Sensor ist ein direktes Maß für die Verdrillung (Torsion) der Welle. Daraus und aus den Daten der Welle wird das Torsionsmoment und somit die Andruckkraft der jeweiligen Rolle am Falzrand von Behälter und Deckel bestimmt.
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Als dritter Vorteil kann genannt werden, dass die ermittelten Werte für Kraft und Weg elektronisch aufgezeichnet werden können. Die Auswertung von Kraft- und Wegmessung kann mittels Auswerteeinheit in Echtzeit realisiert werden. Ebenso können Fehler behaftete Umformvorgänge in Echtzeit erkannt werden und als elektrische Signale weiter geleitet werden.
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Die aufgezeichneten Daten können ebenso durch die Auswerteeinheit zur Analyse von Maschinenfehlern, z.B. Verschleiß an den Falzrollen, Lagerschäden etc., ausgewertet werden.
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Weiterhin kann die Auswertung von Kraft- und Wegmessung durch mathematische Funktionen, beispielsweise quadratischer Mittelwert, arithmetischer Mittelwert oder Fourieranalyse, erfolgen.
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Ein vierter Vorteil ergibt sich dadurch, dass die erzeugbaren Umformkräfte durch die o.g. Welle, welche insbesondere als Torsionswelle ausgebildet ist, begrenzt werden können.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigen schematisch:
- 1 eine kraft- und weggesteuerte Vorrichtung zum Verschliessen von Behältern,
- 2 eine weitere Ausbildung von 1.
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Das Verfahren sowie die Vorrichtung beziehen sich auf einseitig offene Behälter 9, insbesondere Dosen, Büchsen für Lebensmittel, Getränke etc., welche mittels eines Deckels fügetechnisch zu einem dauerhaft, dicht verschlossenen Behälter 9 durch Umformung verbindbar sind. Derartige Behälter 9 sind hinsichtlich des Querschnitts bevorzugt kreis- oder ellipsenförmig ausgebildet. Die einseitig offenen Behälter 9 sowie der zugehörige Deckel sind vorgefertigt und bestehen bevorzugt aus Weißblech oder Aluminium. Bei Bedarf kann der Deckel eine Aufreißlasche zum Freilegen einer Auslauföffnung umfassen. Vor dem Umformvorgang wurde der jeweilige Behälter 9 mit dem zu verpackenden Gut, beispielsweise einem Getränk, befüllt.
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Aus Gründen der Übersicht ist der Deckel in den
1 und
2 nicht gezeigt. Der Umformvorgang von Deckel und einseitig offenen Behälter
9 erfolgt durch einen an sich bekannten Falzvorgang, beispielsweise als Doppelfalz (siehe z.B.
AT 047 677 E ,
6).
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Die Vorrichtung umfasst einen, speziell als Servomotor ausgebildeten Elektromotor 1. Bei Bedarf kann dem Elektromotor 1 unmittelbar ein Getriebe 15 nachgeordnet sein.
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Dem Elektromotor 1 oder dem Getriebe 15 ist am freien Wellenende in Richtung einer Achse 14 eine Welle 2 fest und drehsteif verbunden nachgeordnet. Die Welle 2 dient als Messwelle, ist als Torsionswelle ausgebildet und endet in Richtung der Achse 14 in einer, in einem Lagerbock 5 aufgenommenen Schwinge 6. Die Welle 2 ist fest und drehsteif mit der nachgeordneten Schwinge 6 verbunden und die Schwinge 6 trägt zumindest eine drehbar gelagerte Rolle 7,8.
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In der hier nicht gezeigten Ausbildung mit nur einer Rolle 7 ,8 übernimmt diese beide Funktionen (Erzeugung des Vorfalzes und des Endfalzes).
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Im vorliegenden Beispiel sind zwei in Abständen angeordnete, drehbar gelagerte Rollen 7, 8 vorgesehen. Die erste Rolle 7 dient der Erzeugung eines Vorfalzes, die zweite Rolle 8 dient der Erzeugung des Endfalzes, jeweils beim Umformvorgang bzw. Falzvorgang.
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Der Behälter 9 ist auf einer rotativ und bevorzugt axial bewegbaren Aufnahmeeinrichtung 10 positioniert, wobei die Aufnahmeeinrichtung 10 mit einer Maschinensteuerung 11 gekoppelt ist. Die Maschinensteuerung 11 ist mit einem an sich bekannten Antrieb einer Förderanlage für den Transport der Beälter 9 in Wirkverbindung. Der Antrieb kann mechanisch oder elektrisch, beispielsweise als Servomotor, ausgeführt sein.
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Die Maschinensteuerung 11 ist schaltungs- und signaltechnisch mit der Steuerungseinrichtung 12 gekoppelt.
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Der Welle 2 ist jeweils endseitig drehsteif und spielfrei mit dem freien Wellenende des Elektromotors 1, alternativ des Getriebes 15, sowie mit der im Lagerbock 5 aufgenommenen Schwinge 6 verbunden.
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In der Ausbildung gem. 1 ist an dem freien Wellenende (Elektromotor 1 bzw. Getriebe 15) sowie der Welle 2 (Eingang der Messwelle 2) ein erster Sensor 3 angeordnet. Am gegenüberliegenden Ende der Welle 2 (Ausgang der Messwelle 2) ist ein zweiter Sensor 4 angeordnet. Beide Sensoren 3, 4 können als hochauflösende Winkelgeber ausgebildet sein und nehmen jeweils die Winkelbewegung des ersten Wellenendes am Eingang der Messwelle 2 (erster Sensor 3) und am zweiten Wellenende, d.h. Ausgang der Messwelle 2 (zweiter Sensor 4) auf.
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In der Ausbildung gem. 2 ist an der Welle 2, benachbart zum freien Wellenende der Welle 2 oder im Mittenbereich der Welle 2, ein erster Sensor 3'angeordnet. Am gegenüberliegenden Ende der Welle 2 (Ausgang der Messwelle 2) ist wiederum der zweite Sensor 4 angeordnet. Hierbei ist der erste Sensor 3' als Dehnungsmessstreifen (DMS) fest an der Welle 2 und der zweite Sensor 4 ist als hochauflösender Winkelgeber ausgebildet. Der erste Sensor 3' dient als Drehmomentaufnehmer und erfasst die Verspannung der Oberfläche auf der Welle 2 (Widerstandsänderung). Der zweite Sensor 4 nimmt (wie bereits beschrieben) die Winkelbewegung am zweiten Wellenende, d.h. Ausgang der Messwelle 2 auf.
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Die Sensoren 3 und 4 oder 3' und 4 sind stets in einem Abstand zueinander angeordnet. Beide Sensoren 3 und 4 oder 3' und 4 sind schaltungs- und signaltechnisch mit einer Auswerteinheit 13 gekoppelt. Der Auswerteeinheit 13 ist die Steuerungseinrichtung 12 schaltungs- und signaltechnisch nachgeordnet.
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Weiterhin ist der Elektromotor 1 (Servomotor) schaltungs- und signaltechnisch mit dieser Steuerungseinrichtung 12 gekoppelt. Wie bereits beschrieben ist die Steuerungseinrichtung 12 mit einer vorgeschalteten Auswerteeinheit 13 schaltungs- und signaltechnisch gekoppelt. Die Auswerteeinheit 13 dient der Qualitätskontrolle und generiert jeweils ein entsprechendes Signal wenn der Falzvorgang/pro Behälter 9 (mit Deckel) qualitativ fehlerfrei oder nicht fehlerfrei realisiert wurde.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
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Behälter 9 und Deckel weisen jeweils einen vorbestimmten Materialüberstand auf, aus dem der Falz beim anschließenden Falzvorgang gebildet wird. Daraus resultiert die spätere dauerhafte Verbindung von Behälter 9 und Deckel zwecks Verschließen des Behälters 9.
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Zum Verschließen wird auf einen offenen Behälter 9 nach dem Befüllen des Behälters 9 ein paßgerechter Deckel aufgelegt und der Behälter 9 (mit Deckel) wird mittels der Aufnahmeeinrichtung 10 in Rotation um die Behälterachse versetzt. Gleichzeitig werden Deckel und Behälter 9 in axialer Richtung aufeinander gepresst, bevorzugt durch Bewegung der Aufnahmeeinrichtung 10, derart, dass die vorbestimmten Materialüberstände von Deckel und Behälter 9 aufeinanderliegen (positioniert sind). In dieser Position sind die beiden Rollen 7, 8 außer Eingriff zum Behälter 9 (mit Deckel).
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Danach wird mittels des Elektromotors 1 (Drehmoment) durch Drehen der Schwinge 6 die erste Rolle 7 radial gegen den rotierenden Behälter 9 (mit Deckel) zugestellt, d. h. in Eingriff gebracht.
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Die Formgebung beim Falzvorgang erfolgt durch Umbiegen (Umbördeln) der o.g. Materialüberstände entlang der Kontur einer Nut, welche am Umfang der rotierenden ersten Rolle 7 angeordnet ist. Die erste Rolle 7 wälzt sich auf dem Umfang der nun entstehenden Falzverbindung (Behälter 9 und Deckel) ab (Vorfalzen).
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Anschließend wird die zweite Rolle 8 durch entgegengesetztes Drehen (Aktivierung durch den Elektromotor 1) der Schwinge 6 radial gegen den rotierenden Behälter 9 (mit Deckel) zugestellt, wobei gleichzeitig die erste Rolle 7 außer Eingriff ist. Die zweite Rolle 8 wälzt sich mit der vorbestimmten Kontur am Umfang der zu erzeugenden Falzverbindung ab und erzeugt den Endfalz.
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Im Anschluss daran ist der Falzvorgang beendet, die zweite Rolle 8 wird außer Eingriff gebracht und der verschlossene Behälter 9 (mit Deckel) kann weiterverarbeitet oder transportiert werden.
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Bei der nicht gezeigten Ausführung mit nur einer an der Schwinge 6 angeordneten Rolle, weist diese eine erste Kontur für den Vorfalz und eine zweite Kontur für den Endfalz auf, welche nacheinander an der zu schaffenden Falzverbindung (Behälter 9 und Deckel) in Eingriff kommen. Das Wirkprinzip von Messwelle 2, Sensoren 3 und 4 oder 3' und 4 und Auswerteeinheit 13 sowie Steuerungseinrichtung 12 ist identisch.
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Das Arbeitsverfahren erfolgt in nachstehenden Schritten:
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Zwischen dem Elektromotor 2, ggf. dem Getriebe 15, und der Schwinge 6 wird die Welle 2 als Torsionswelle (Messwelle) vorgesehen.
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Der Elektromotor 1, ggf. mit Getriebe 15, wird danach aktiviert und über die Welle 2 wird die Schwinge 6 verschwenkt (Drehmoment), derart, dass dabei zumindest eine an der Schwinge 6 gelagerte Rolle 7, 8 mit den Materialüberständen von Behälter 9 und Deckel in Eingriff gebracht wird und der Falzvorgang realisiert wird (Umformvorgang: Verschließen eines Behälters 9 mit einem Deckel).
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Zeitgleich wird an den jeweiligen Wellenenden der Welle 2 jeweils sensorisch, d. h. mittels der Senoren 3, 4, der Verdrehwinkel erfasst oder alternativ mittels der Sensoren 3'die Verspannung der Oberfläche auf der Welle 2 (Widerstandsänderung) und mittels Sensor 4 wird die Winkelbewegung am zweiten Wellenender Messwelle 2 erfasst.
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Im Anschluß werden die erfassten Signale einer Auswerteeinheit 13 zugeführt und dort der Verdrehwinkel bestimmt.
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Anschließend wird zumindest ein Signal dem Elektromotor 1 zugeführt. Nach dem Endfalzen wird die jeweilige, in Eingriff mit dem Behälter 9 und Deckel befindliche Rolle 7 oder 8 außer Eingriff gebracht. Der Elektromotor 2 kann daraufhin in Reversebetrieb umgeschaltet oder abgeschaltet werden oder den Verfahrensablauf zum Verschließen eines weiteren Behälters 9 mit einem Deckel erneut beginnen.
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Die Anpresskraft der zumindest einen Rolle 7, 8 wird durch das Drehmoment des aktivierten Elektromotors 1 erzeugt und über den Verdrehwinkel, alternativ die Widerstandsänderung der Welle 2, deren Geometrie, dem Abstand zwischen Drehpunkt der Schwinge 6 und Achse der jeweiligen Rolle 7,8 sowie ggf. den Durchmesser der jeweiligen Rolle 7, 8 gemessen und geregelt.
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Die Durchmesserschwankungen bei dem Falzvorgang werden als Winkelbewegung der Schwinge 6 sensorisch, insbesondere mittels des zweiten Sensors 4, erfasst und von der Steuerungseinrichtung 12 aufgezeichnet oder ausgewertet.
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Durch Vorgabe eines Drehmoments für den Elektromotor 1 kann die Vorspannung der Welle 2 eingestellt werden.
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Bei Ausbildung der Schwinge 6 mit zwei Rollen 7, 8 wird durch Drehung der Schwinge 6 in der Achse 14 zuerst die erste Rolle 7 mit den Materialüberständen von Behälter 9 und Deckel in Eingriff gebracht und ein Vorfalzvorgang realisiert.
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Anschließend wird der Elektromotor 1 im Reversebetrieb aktiviert und durch Drehung der Schwinge 6 in der Achse 14 damit die erste Rolle 7 außer Eingriff gebracht.
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Gleichzeitig wird die zweite Rolle 8 mit den vom Vorfalzen verbliebenen Materialüberständen von Behälter 9 und Deckel in Eingriff gebracht und der Endfalzvorgang realisiert.
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Aus dem Winkelwert des am Ausgang der Welle 2 angeordneten zweiten Sensors 4 und den geometrischen Daten, wie dem Abstand zwischen Drehpunkt (Achse 14) der Schwinge 6 und der Achse der ersten Rolle 7 und dem Rollendurchmesser oder dem Abstand zwischen Drehpunkt (Achse 14) der Schwinge 6 und der Achse der zweiten Rolle 8 und dem Rollendurchmesser, kann jeweils der Hub der ersten oder zweiten Rolle 7, 8 bestimmt werden. Da die jeweilige, Rolle 7 oder 8 durch die Vorspannung der Welle 2 während des Vorfalzens oder des Endfalzens in Kontakt mit dem rotierenden Behälterrand (im Eingriff stehend) ist, bilden sich alle umfangsseitigen Unebenheiten des Falzrandes sowie alle Ungleichförmigkeiten der jeweiligen Rolle 7, 8 direkt auf dem Hub der entsprechenden Rolle 7, 8 ab.
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Damit lassen sich je nach Auflösung der verwendeten Sensoren 3, 4 oder 3', 4 und den mechanischen Gegebenheiten direkte Aussagen zur Qualität des Falzvorganges, des nunmehr verschlossenen Behälters 9 sowie über Fehler der jeweiligen Rolle 7, 8 und deren Lagerung (an der Schwinge 6) treffen.
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Die Differenz zwischen den von beiden Sensoren 3, 4 oder 3', 4 gemessenen Werten ist ein direktes Maß für die Verdrillung der Welle 2 als Torsionswelle. Daraus und aus den Daten der Welle 2 wird das Torsionsmoment und damit die Andruckkraft der beiden Rollen 7, 8 bestimmt. Die notwendige Andruckkraft der Rollen 7, 8 wird durch das Drehmoment des Elektromotors 1 erzeugt. Durch Vorgabe eines Drehmoments für den Elektromotor 1 kann die Vorspannung des Welle 2 eingestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Elektromotor
- 2 -
- Welle (Messwelle)
- 3 -
- erster Sensor
- 3' -
- erster Sensor (als DMS)
- 4 -
- zweiter Sensor
- 5 -
- Lagerbock
- 6 -
- Schwinge
- 7 -
- erste Rolle (erste Falzrolle)
- 8 -
- zweite Rolle (zweite Falzrolle)
- 9 -
- Behälter
- 10 -
- Aufnahmeeinrichtung
- 11 -
- Maschinensteuerung
- 12 -
- Steuerungseinrichtung
- 13 -
- Auswerteeinheit
- 14 -
- Achse
- 15 -
- Getriebe
