DE102018110647A1

DE102018110647A1 - Verfahren zum Aufrichten und Füllen eines Kartons sowie hierfür geeignetes Verpackungs-Modul

Info

Publication number: DE102018110647A1
Application number: DE102018110647.5A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Baumann
Original assignee: Gerhard Schubert GmbH
Current assignee: Gerhard Schubert GmbH
Priority date: 2018-05-03
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2019-11-07

Abstract

Erfindungsgemäß wird das Aufrichten eines Kartons (100) aus einem Karton-Zuschnitt (100') und das Befüllen des Kartons (100) mit Produkten (P), beispielsweise Flaschen, in einem Arbeitsgang durchgeführt, indem vor dem Aufrichte-Vorgang im Aufrichtestempel (2) bereits die gewünschten Produkte (P) aufgenommen werden und der mit Produkten (P) gefüllte Aufrichtestempel (2) den Aufrichte-Vorgang durchführt, indem er den Karton-Zuschnitt (100') durch die Öffnung (14) der Aufrichtematrizen (1) drückt, sodass sich nach dem Erstellen des Kartons (100) und Zurückziehen des Aufrichtestempels (2) die Produkte (P) bereits im Karton (100) befinden.

Description

Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft die maschinelle Erstellung eines Kartons aus einem ebenen Karton-Zuschnitt und das Füllen eines solchen Kartons mit wenigstens einem, in der Regel mehreren, Produkten.
Technischer Hintergrund
Ein typischer Verpackungsvorgang ist das Abpacken von Produkten in einem Karton, wozu meist auch das anschließende Verschließen des gefüllten Kartons gehört.
Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung wird unter Karton nicht nur solches Material verstanden, welches aus einem Papierwerkstoff besteht, sondern jedes im Ausgangszustand plattenförmige, begrenzt zu seiner Hauptebene stabile, Material, welches geeignet ist, um durch Knicken einzelner Abschnitte eines Karton-Zuschnitts daraus einen dreidimensionalen Karton herzustellen und dessen einzelne Abschnitte gegeneinander zu fixieren. Insbesondere kann ein Karton auch aus Kunststoff bestehen.
Dabei sind unterschiedliche Bauformen von Kartons und deren unterschiedliche Erstellungsvorgänge bekannt.
Die erfindungsgemäß relevante Erstellungsmethode ist das sogenannte Aufrichten aus einem ebenen, zwischen den einzelnen Flächen in der Dicke verringerten, also gefalzten, Karton-Zuschnitt:
Dabei wird der Karton mit seiner Basis-Fläche, in der Regel die Bodenfläche des späteren Kartons - ohne die Erfindung hierauf zu beschränken - voraus durch eine Aufrichtematrize gedrückt, deren Matrizen-Öffnung nur geringfügig größer ist als die hindurchgedrückte Bodenfläche.
Das Hindurchdrücken erfolgt mit einem Aufrichtestempel, dessen Frontfläche derjenigen der Bodenfläche im inneren des fertigen Kartons entspricht. Durch die Begrenzungen der Matrizen-Öffnung werden die sich an die Bodenfläche nach radial außen anschließenden Seitenflächen des ebenen Karton-Zuschnitts aus ihrer zur Bodenfläche fluchtenden Lage hochgebogen, also aufgerichtet, meist in einem 90°-Winkel zur Bodenfläche.
Die bei einem quaderförmigen Karton vier Seitenflächen werden in diesem aufgerichteten Zustand gegeneinander fixiert, meist indem über die Seitenflächen seitlich vorstehende Klebelaschen an die angrenzende Seitenfläche angelegt und mit dieser verklebt wird.
Dadurch ist der einseitig, meist oben, offene Karton hergestellt und wird anschließend im nächsten Arbeitsschritt mit dem wenigstens einen, meist mehreren, Produkten gefüllt.
Sofern im Rahmen der vorliegenden Anmeldung von mehreren Produkten in oder für einen Karton die Rede ist, soll dadurch eine Anwendung, bei der in einem Karton nur ein einziger Artikel untergebracht werden soll, nicht ausgeschlossen werden.
Im Rahmen einer Verpackungsanlage werden die Arbeitsschritte des Aufrichtens und Fixierens des Kartons einerseits und des Füllens des hergestellten Kartons andererseits in der Regel hintereinander und an zwei verschiedenen Arbeitsstationen durchgeführt und weist mittels zweier verschiedener Roboter, dem Aufrichte-Roboter, der den Aufrichtestempel trägt und bewegt einerseits und dem Füll-Roboter, der die Produkte ergreift und in den Karton umsetzt, andererseits.
Dabei besteht das Problem, dass für jede neue Kartongröße und jede neue abzupackende Produktart das an die Produkte angepasste sogenannte Formatteil sowohl des Aufrichtestempels als auch das Greifwerkzeug für den Befüll-Vorgang angepasst an die jeweilige Aufgabe neu hergestellt werden muss. U.a. hierin bewegte Teile, beispielsweise Greifer oder Sauger, enthalten sind, sind die Herstellkosten und auch die Herstellzeit hierfür erheblich, zumal diese Teile in aller Regel aus Metall, meist Aluminium, in Einzelteilen konventionell konstruiert, hergestellt und zusammengebaut werden müssen.
Diesem Aufrichte- und Füll-Modul können weitere Module vor- und nachgelagert sein, beispielsweise

- ein Vereinzelungs-Modul, um von einem Stapel von Karton-Zuschnitten zunächst jeweils einen einzelnen zu ergreifen und dem Aufrichte-Modul zuzuführen, und/oder
- ein Verschließ-Modul, um den gefüllten Karton, meist mittels eines Deckels, der separat oder Bestandteil des Karton-Zuschnitts gewesen sein kann, zu verschließen und/oder
- ein Palettier-Modul, um die gefüllten und verschlossenen Kartons auf einer Palette zu stapeln.

Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren sowie ein Aufrichte- und Füll-Modul zur Verfügung zu stellen, mit dem der bauliche Aufwand für das Aufrichte- und Füll-Modul reduziert werden kann, insbesondere die dafür benötigte Anzahl an Robotern.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Einbringen der Produkte nicht erst nach dem Erstellen des Kartons erfolgt, sondern zusammen mit dem Aufrichten und Fixieren des Kartons erfolgt, sodass der Karton aus dem Karton-Zuschnitt quasi um das wenigstens eine eingebrachte Produkt herum aufgerichtet wird.
Dadurch wird das Aufrichten und Herstellen des Kartons einerseits und Befüllen mit einem oder mehreren Produkten andererseits in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt, was Durchlaufzeit spart und mit einer einzigen Arbeitsstation erreicht werden kann.
Am einfachsten kann dies erreicht werden, indem wie üblich für das Aufrichten der Bodenabschnitt des Karton-Zuschnittes mittels eines Aufrichtestempels durch die Aufrichtematrize gedrückt wird, dabei aber erfindungsgemäß bereits die Produkte im Aufrichtestempel aufgenommen sind.
Nachdem der Karton um den Aufrichtestempel und damit um die darin befindlichen Produkte herum aufgerichtet ist und die Seitenwände gegeneinander fixiert sind, kann der Aufrichtestempel aus dem erstellten Karton zurückgezogen werden und die Produkte verbleiben - vorzugsweise schwerkraftbedingt - im Karton, wenn sich der Karton beim Herausziehen des Aufrichtestempels in einer aufrechten, also nach oben hin offenen, Stellung befindet.
Vorzugsweise wird jedoch nach dem Aufrichten und Fixieren des Kartons der Karton mittels des Aufrichtestempels und zusammen mit den Produkten aus der Aufrichtematritze entnommen und auf einer Unterlage, beispielsweise dem Abförderer, abgestellt, bevor der Aufrichtestempel aus dem Karton zurückgezogen wird unter Belassen der Produkte im Karton.
Vorzugsweise wird für das Aufrichten der Aufrichtestempel von oben her gegen den Bodenabschnitt des Karton-Zuschnitts angenähert und drückt diesen nach unten durch die Aufrichtematrize. Dann müssen die Produkte im Aufrichtestempel währenddessen, also zumindest bis der Aufrichtestempel den Bodenabschnitt des Karton-Zuschnitts erreicht hat, im Aufrichtestempel gehalten werden, damit sie nicht vorher aus dem Aufrichtestempel nach unten herausfallen können.
Vor dem Herausziehen des Aufrichtestempels aus dem Karton werden die Produkte vom Aufrichtestempel freigegeben, also das aktive Halten beendet, damit der Aufrichtestempel allein aus dem Karton entfernt werden kann, vorzugsweise durch Zurückziehen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Aufrichtstempel mit nach oben weisender, frei endender, Stirnfläche und wiederum bereits gefüllt mit Produkten gegen den darüber befindlichen Bodenabschnitt des Karton-Zuschnitts zu bewegen, daran anzunähern und nach oben durch eine darüber befindliche Aufrichtematrize hindurch zu schieben. Dies erfordert dann jedoch nach dem Herstellen des Kartons und bevor der Aufrichtestempel aus dem erstellten Karton herausgezogen wird, ein Verschwenken von Karton und Aufrichtestempel gemeinsam in eine mit der Öffnung nach oben weisende Stellung des Kartons, da sonst die Produkte aus dem nach unten offenen Karton herausfallen würden.
Diese Vorgehensweise kann sinnvoll sein, wenn bei einem mit der Stirnfläche nach oben weisenden Aufrichtestempel dieser auf einfache Art und Weise von oben her mit einem oder mehreren Produkten, insbesondere übereinander gestapelten Produkten, befüllt werden kann, oder wenn es sich zwar um ungestapelte Produkte, jedoch schlecht mittels Saugern zu haltende Produkte handelt.
Vor dem Aufrichte-Vorgang können - vorzugsweise zusammen mit den Produkten - noch weitere Elemente in den Aufrichtestempel eingebracht werden, die sich danach zusammen mit den Produkten in dem Karton befinden sollen, beispielsweise Abstandshalter wie Trenn-Platten zwischen den Produkten, insbesondere sogenannte Gefache.
Diese können vor oder nach oder zusammen mit den Produkten in den Aufrichtestempel eingebracht werden, beispielsweise vom Aufrichtestempels selbst ergriffen und gehalten werden.
Das Einbringen der im Aufrichtestempel benötigten Produkte und ggfs. weiterer Elemente kann durch einfaches Überstülpen des in der Regel haubenförmigen Aufrichtestempels mit seiner unten liegenden Stirnfläche und Öffnung über die Produkte und anschließendes Halten der Produkte mittels der aktivierten Haltevorrichtung im Aufrichtestempel erfolgen oder durch das beschriebene Einfüllen der Produkte von oben bei nach oben gerichteter Stirnfläche des Aufrichtestempels.
Auch ein Einschieben der Produkte und/oder weiterer Elemente von der Seite her in den Aufrichtestempel, während dieser mit seiner Stirnfläche zur Seite weisend angeordnet ist, ist möglich.
Dann kann der gefüllte Aufrichtestempel anschließend auch durch eine etwa horizontale Bewegung durch eine mit ihrer Hauptebene etwa senkrecht stehende Aufrichtematrize mit seiner Stirnfläche voraus hindurch bewegt werden zum Aufrichten des hierfür ebenfalls etwa senkrecht stehenden Karton-Zuschnitts.
Dann ist dennoch eine relativ geringe Drehung des Kartons mit dem darin befindlichen Aufrichtestempel in eine aufrechte Lage notwendig, um den Aufrichtestempel unter Belassung der Produkte und ggfs. weiterer Elemente im Karton zurückziehen zu können.
Im Normalfall wird der gefüllte Karton beim Zurückziehen des Aufrichtestempels auf einem Untergrund stehen, und dort durch das Gewicht der auf dem Boden des Kartons lastenden Produkte gehalten werden.
Falls dieses Gewicht so gering ist, dass die Reibung zwischen Aufrichtestempel und den Innenflächen des Kartons größer werden kann, muss beim Herausziehen des Aufrichtestempels entweder der Karton fixiert werden, insbesondere entgegen der Auszugsrichtung gehalten werden oder das wenigstens eine Produkt aktiv mittels eines Ausstoßes aus dem Aufrichtestempels ausgeschoben und/oder gegen den Boden des Kartons gedrückt werden.
Hinsichtlich der Verpackungsmaschine, also des Aufrichte- und Füll-Moduls zum Aufrichten des Kartons aus einem ebenen Karton-Zuschnitt und Füllen des Kartons mit wenigstens einem Produkt, umfasst ein solches Aufrichte- und Füll-Modul gattungsgemäß einerseits eine Aufrichtematrize und andererseits einen auf deren freien Durchlass abgestimmten Aufrichtestempel.
Ferner umfasst ein solches Aufrichte- und Füll-Modul in aller Regel mindestens eine Handhabungs-Vorrichtung, insbesondere einen Roboter, der eines der beiden relativ zueinander zu bewegenden Bauteile, also Aufrichtematrize oder Aufrichtestempel, bevorzugt den Aufrichtestempel, trägt und führt und relativ zu dem anderen der beiden, vorzugsweise fest montierten, Teile bewegt, um den beabsichtigten Aufrichte-Vorgang zu vollziehen.
In dem Aufrichtestempel ist dabei wenigstens ein Produktraum vorhanden, in den das eine oder die mehreren gewünschten Produkte, vorzugsweise je eines, hineinpassen, und der vorzugsweise zur Stirnfläche des Aufrichtestempels hin, mit der er gegen den Bodenabschnitt des Karton-Zuschnitts beim Aufrichten drückt, offen ist.
Dadurch ist es möglich, nach dem Aufrichten, den Aufrichtestempel lediglich entgegen der Einschubrichtung aus dem Karton zurückzuziehen, während die Produkte im Karton verbleiben.
Vorzugsweise ist hierfür im Aufrichtestempel eine Haltevorrichtung vorhanden, um das eine oder die mehreren Produkte in dem Produktraum zu halten, zumindest dann, wenn die Vorschubbewegung des Aufrichtestempels beim Aufrichten in Richtung Matrize und mit der Stirnfläche durch die Matrize hindurch nach unten gerichtet ist, da dann ein Herausfallen der Produkte verhindert werden muss.
Da das eine oder die mehreren Produkte im Karton möglichst spielfrei aufgenommen werden soll, ist vorzugsweise der Produktraum zu einer oder mehreren der benachbarten Seitenflächen des Aufrichtestempels hin offen, sodass das im Produktraum eingebrachte Produkt sich bis zu der Außenfläche des Aufrichtestempels hin und durch eine entsprechende Ausnehmung auch darüber hinaus erstrecken kann und nach Zurückziehen des Aufrichtestempels an der Innenfläche der Seitenwand des Kartons anliegen kann.
Der Aufrichtestempel kann zusätzlich zu dem wenigstens einen Produktraum einen Abstandshalter-Raum aufweisen, in dem Abstandshalter, die sich danach im Karton zwischen den Produkten befinden und diese zueinander auf Abstand halten und vor direkter gegenseitiger Berührung schützen, aufgenommen sind.
Der Abstandshalter-Raum und der wenigstens eine Produktraum werden sich meist überschneiden und gemeinsame Teil-Räume besitzen, da die Abstandshalter häufig plattenförmig ausgebildet sind, beispielsweise die bekannten, ebenfalls aus Kartonmaterial bestehenden, sich kreuzenden sogenannten Gefache, wie sie häufig in einem Karton zwischen mehreren nebeneinander stehenden Flaschen eingesetzt werden. Somit besteht dann der Abstandshalter-Raum häufig nur aus nach außen weisenden Fortsätzen des einen oder der mehreren Produkträume.
Der Aufrichtestempel ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, da dessen Festigkeit in aller Regel genügt, um die Funktion als Aufrichtestempel zu erfüllen, also den Bodenabschnitt des Karton-Zuschnitts mit ausreichender Kraft durch die Aufrichtematrize zu schieben.
Gerade bei Kunststoff als Material, aber auch bei Edelstahl oder anderen, vorzugsweise leichten, Metallen oder Metalllegierungen wie etwa Aluminium, besteht die Möglichkeit, den Aufrichtestempel - der für jedes neu abzupackende Produkt und jede neue Kartonform anders dimensioniert sein muss - in einem sogenannten iterativen Herstellverfahren, insbesondere im sogenannten 3D-Druck, sei es durch selektives Auftragen oder durch selektives Aushärten - sehr kostengünstig herzustellen.
Dabei kann die Konstruktion des Aufrichtestempels zumindest teilweise automatisiert werden, indem abhängig von den bekannten Innenmaßen des fertig aufgerichteten Kartons und den Maßen der im Aufrichtestempel anzuordnenden Produkte das Differenzvolumen - welches gegebenenfalls in der Richtung, in die er die offene Seite des aufgerichteten Kartons weist, meist in der Vertikalen, verlängert oder verringert werden kann - automatisch berechnet und als Kontur des Aufrichtestempels einer Herstellungsmaschine vorgegeben werden.
Dabei kann insbesondere eines vorgegebenes Spaltenmaß zwischen den Innenflächen des aufgerichteten Kartons und dem Aufrichtestempel einerseits und/oder der Innenfläche des wenigstens einen Produktraumes des Aufrichtestempels und der Außenfläche des wenigstens einen darin aufzunehmenden Produktes andererseits vorgesehen werden.
Um diesen Kostenvorteil möglichst weitgehend zu wahren, werden in dem Aufrichtestempel so wenige bewegte und/oder ansteuerbare Elemente wie möglich angeordnet.
Bei einem Sauger, insbesondere am geschlossenen, insbesondere oberen, Ende des Produktraumes, als Haltevorrichtung für die Produkte besteht zum einen der Vorteil, dass ein solcher Sauger auch unterschiedlich gestaltete Produkte Ansaugen und halten kann, sofern es eine Haltefläche in einer Größe aufweist, die mindestens der wirksamen Fläche des Saugers entspricht.
Ein weiterer Vorteil eines solchen Saugers besteht darin, dass er in dem Aufrichtestempel sehr leicht montiert werden kann, indem er in eine in dem Basisteil des Aufrichtestempels vorhandene Durchgangsöffnung von der Innenseite des Aufrichtestempels lediglich eingeschoben und/oder durch Verschrauben oder Verrasten fixiert werden muss und dann nach Anschließen an eine Unterdruckversorgung sofort einsatzfähig ist.
Da derartige Sauger sehr kostengünstig sind, verbleiben sie in dem jeweiligen Aufrichtestempel, auch wenn dieser momentan nicht im Einsatz ist, sondern auf Lager für den nächsten Einsatz gehalten wird.
Falls ein Wechsel eines Saugers wegen Beschädigung notwendig ist, ist dennoch ein Wechsel des Saugers sehr schnell und einfach möglich, was bedeuten soll, dass ein Wechsel innerhalb von weniger als 5 Minuten, besser weniger als 3 Minuten möglich ist, vorzugsweise sogar ohne Werkzeug.
Da jedoch der Aufrichtestempel sehr kostengünstig herstellbar ist, besteht die Alternative darin, einen bereits fertig ausgestatteten und funktionsfähigen Aufrichtestempel redundant in Reserve vorzuhalten, sodass bei einem auftretenden Schaden - egal ob an einem Sauger oder an einer anderen Art von Haltevorrichtung oder am Aufrichtestempel selbst - der gesamte Aufrichtestempel schnell und einfach an der Handhabungsvorrichtung, etwa dem Roboter, gewechselt werden kann.
Trotz der Vorteile eines Saugers als Haltevorrichtung kann auch ein mechanisches Halteelement - beispielsweise ein aktivierbarer und deaktivierbarer Anschlag unter dem unteren Ende der Produkte - eingesetzt werden.
Ferner kann die Aufrichtematrize auch eine Ausstoß-Vorrichtung umfassen, um entweder den Boden des Kartons von der unteren Stirnfläche des Aufrichtestempels weg zu bewegen oder die Produkte aus den Produkträumen hinaus zu bewegen.
Dabei kann es sich um einen mechanischen Ausstoßer handeln, der im Aufrichtestempel geführt ist und mittels einer eigenen Betätigungsvorrichtung, meist einem Pneumatikzylinder, betätigt werden kann, oder die Sauger des Aufrichtestempels zum Ansaugen des Kartonzuschnittes und/oder des Produktes können auf Beaufschlagung mit Druckluft umgeschaltet werden und als Ausstoßer dienen.
Zum Fixieren der aufgerichteten Seitenwände gegeneinander umfasst ein solches Aufrichte- und Füll-Modul vorzugsweise auch ein Fixier-Modul, wie es auch bei gattungsgemäßen Karton-Aufrichtern bekannt ist.
Einem solchen Aufrichte- und Füll-Modul ist meist ein Zuschnitt-Vereinzeler vorgelagert, der von gestapelten Karton-Zuschnitten einen abnimmt und der Aufrichte-Einheit zuführt.
Ebenso ist dem erfindungsgemäßen Aufrichte- und Füll-Modul, häufig ein Schließ-Modul nachgelagert, welches den nach dem Befüllen nach oben offenen Karton verschließt, sei es durch Umlegen eines Deckelabschnittes des Karton-Zuschnittes auf die Oberseite und Fixieren an den Seitenwänden, sei es durch Aufsetzen und Fixieren eines separat hergestellten, z.B. Haubenförmigen Deckels.
Figurenliste
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

1: den Aufrichtestempel in perspektivischer Ansicht,
1a, b: den Aufrichtestempel der 1 in der Seitenansicht und in der Aufsicht von oben, teilweise geschnitten,
2a, b: das Anfahren der Produkte durch den Aufrichtestempel in der Seitenansicht und in der Aufsicht,
3: den über die Produkte gestülpten Aufrichtestempel,
4: den gefüllten Aufrichtestempel bei Annäherung an die Aufrichtematrize,
5: den gefüllten Aufrichtestempel umgeben von dem aufgerichteten Karton in der Aufrichtematrize im am weitesteten vorwärts geschobenen Zustand,
6: den aus der Aufrichtematrize entfernten, vom Karton umgebenen, Aufrichtestempel,
7: den aus dem gefüllten, oben offenen Karton nach oben herausgezogenen Aufrichtestempel.
Die 1, 1a, 1b zeigen den Aufrichtestempel 2 einzeln: Zur Aufnahme von in diesem Fall vier nebeneinander stehenden, zylindrischen Produkten P, wie in 2b in der Aufsicht zu erkennen, besitzt der hinsichtlich seiner Gesamtkontur einen aufrecht stehenden, in der Aufsicht etwa quadratischen, Quader bildende Aufrichtestempel 2 vier im Quadrat angeordnete, in diesem Fall, zumindest im unteren Bereich, zylindrische Produkträume 4, die in diesem Fall mit ihrer Axialrichtung 10 parallel zueinander verlaufend in dem Aufrichtestempel 2 angeordnet sind und in einer Stirnöffnung 8 in der in 1a unteren, frei endenden, Stirnfläche 2a, die dem Befestigungs-Ende gegenüber liegt, des Aufrichtestempels 2 münden. Die axiale Richtung 10 besteht dabei auf der unteren, frei endenden, Stirnfläche 2a lotrecht.

Oberhalb des oberen Endes der Produkträume 4 ist der Aufrichtestempel 2 als Basisteil 2.1 im Wesentlichen massiv ausgebildet, und wird an diesen Basisteil 2.1 auch von der ihn tragenden Handhabungs-Vorrichtung 18, meist einem Roboterarm dessen unteres Ende in 1 angedeutet ist,, befestigt.
Hierzu greift die Handhabung-Vorrichtung 18 in die zentrierende Ausnehmung 19a ein, und wird gegenüber den darin mündenden Fixier-Öffnungen 19b, beispielsweise Gewindebohrungen, befestigt
Wie am besten 1b zeigt, besitzt jeder Produktraum 4 auch eine Seitenöffnung 7 zu mindestens einer der beiden diesem Produktraum 4 benachbarten Seitenflächen 2b - 2e, also den Außenflächen des Aufrichtestempels 2, wobei die Seitenöffnungen 7 vorzugsweise ebenfalls in der unteren Stirnfläche 2a münden.
Wie 1b zeigt, dienen die Seitenöffnungen 7 dazu, dass das in dem Produktraum 4 aufgenommene Produkt P durch diese Seitenöffnung 7 bis fluchtend mit der Seitenfläche 2b bis 2e nach außen ragen kann, oder sogar über diese hinaus. Dadurch wird im gefüllten Karton unnötiges Spiel zwischen den eingesetzten Produkten P und dem Karton 100 vermieden.
Somit besteht der Aufrichtestempel 2 im Wesentlichen aus seinem Basisteil 2.1 sowie sich von dort in den Eckbereichen als auch im Zentrum nach unten erstreckenden und unten frei endenden Stempel-Fortsätzen 6.
Einige dieser Stempel-Fortsätze 6 weisen an ihrem unteren Ende, also an ihrer unteren Frontfläche 2a, jeweils ein Halteelement, hier in Form eines Saugers 13, zum Halten eines Karton-Zuschnittes 100' auf.
Ferner ist - wie am besten in 1a zu erkennen - am oberen Ende jedes Produktraumes 4 an dem Basisteil 2.1 jeweils ein Sauger 5 als Haltevorrichtung für das entsprechende Produkt in diesem Produktraum 4 vorhanden, vorzugsweise in das Basis Teil 2.1 ein geschraubt, der über Kanäle im Inneren des Basisteils 2.1 mit einem der von dessen Oberseite her eingeschraubten Unterdruck-Anschlüssen 9 in Verbindung steht.
Im Einsatz sind an die Unterdruck-Anschlüsse 9 natürlich Versorgungsschläuche angeschlossen, die aus Übersichtlichkeitsgründen auch in den 2a bis 7 nicht dargestellt sind.
Somit ist ersichtlich, dass der Aufrichtestempel 2 ohne Sauger 5, 13 und den Unterdruck-Anschlüssen 9 ein einstückiges Teil, beispielsweise aus Kunststoff, ist, welches sich ideal eignet, um einschließlich der beschriebenen Gewinde und der Verbindungskanäle für die Unterdruck-Zufuhr zu den eingeschraubten Saugern im 3D-Druck hergestellt zu werden. In diesen Roh-Stempel müssen danach nur noch die Sauger 5, 13 dicht fixiert, beispielsweise eingeschraubt werden und ebenso die Anschlussstutzen 9, woraufhin der gesamte Aufrichtestempel 2 sofort einsatzfähig ist.
In der Oberseite des Aufrichtestempels 2 sind Öffnungen 16 zu erkennen, die die Mündungen von axial im Aufrichtestempel verlaufenden Ausstoßer-Führungen 16 bilden, die der Führung des einen stabförmigen Ausstoßers 3 dienen.
Solche in axialer Richtung 10 verlaufende Ausstoßer 3 sind in 2a eingezeichnet und durch Querstreben zu einer Ausstoßer-Einheit miteinander verbunden, die gemeinsam in axialer Richtung vor und zurück bewegt werden kann zum Ausstoßen entweder der Produkte P aus den Produkträumen 4 oder zum Herausschieben über die untere Stirnfläche 1a hinweg zum Wegdrücken des Kartons 100 vom Aufrichtestempel 2.
In 1 ist das freie Ende einer Handhabungsvorrichtung 18, in der Regel eines Roboter-armes 18, dargestellt, welche sowohl in der Vertikalen und/oder in mindestens einer, vorzugsweise beiden horizontalen Raumrichtungen soweit bewegbar ist, dass der daran befestigte Aufrichtestempel 2 die notwendigen Bewegungen, insbesondere zwischen der Abstellfläche für die Produkte P und die gefüllten Kartons 100 auf dem Förderer 70 und der daneben ortsfest angeordneten Aufrichtmatrize 1, vollziehen kann..
Zur Befestigung sind im Basisteil 2.1 in diesem Fall einander gegenüberliegend zwei jeweils nach oben und zur Seite hin offene Ausnehmungen 19a angeordnet, in die die Handhabungsvorrichtung 18 eingreifen kann, die dann in den Fixier-Öffnungen 19b, die beispielsweise Gewindebohrungen sind, fixiert werden können.
Die 2a bis 7 zeigen die verschiedenen Zustände beim Aufrichten und Füllen des Kartons 100 in der Seitenansicht, in der 2b zusätzlich in der Aufsicht.
Im vorliegenden Fall werden - wie insbesondere 2b zeigt - die Produkte P, jeweils vier Stück hiervon, so zueinander angeordnet, wie für die Aufnahme in dem Aufrichtestempel 2 notwendig, auf einem Förderer 70 herantransportiert.
Neben dem Förderer 70 ist ortsfest eine Aufrichtematrize 1 dargestellt, über deren durchgängig von oben nach unten offene Matrizen-Öffnung 14 bereits ein Karton-Zuschnitt 100' gelegt ist, der in diesem Fall nicht mehr vollständig eben ist, da die an den beiden einander gegenüberliegenden Seitenabschnitten 100b, c angrenzenden Teile der anderen Seitenwände 100d, 100e bereits in eine Lage lotrecht zu diesen beiden Seitenabschnitten 100b, 100c hochgeklappt sind. Von den beiden anderen Kanten des etwa quadratischen Bodenabschnittes 100a des Karton-Zuschnittes 100' stehen Klebelaschen 100g noch eben zur Seite ab.
2a zeigt, wie sich der Aufrichtestempel 2 mit seiner vorderen freien, nach unten weisenden Frontfläche 2a, also aufrecht gehalten, oberhalb der Produkte P angeordnet der Gruppe von Produkten P auf dem Förderer 70 nähert, sodass er nach Absenken auf die Gruppe von Produkten P - wie in 3 dargestellt - über diese Produkte P gestülpt ist.
Jedes der Produkte P ist dann in einem der Produkträume 4 aufgenommen und hat mit seiner oberen Stirnseite den dortigen Sauger 5 erreicht. Sobald die Sauger 5 mit Unterdruck beaufschlagt sind, kann der Aufrichtestempel 2 - wie in 3 angedeutet - vom Förderer 70 weg bewegt werden und hält dabei dennoch die Produkte P in seinen Produkträumen 4.
Gemäß 4 wird der Aufrichtestempel 2 mittels der Haltevorrichtung 3 über der Matrizen-Öffnung 14 positioniert und gemäß 5 durch die Matrizen-Öffnung 14 hindurch soweit nach unten bewegt, dass die von dem Bodenabschnitt 100a abragenden angrenzenden Abschnitte im 90°-Winkel zum Bodenabschnitt 100a nach oben hoch gestellt werden durch Entlanggleiten an den Leitblechen 15, die unterhalb der Matrizen-Öffnung 14 in der Aufsicht betrachtet um die Matrizen-Öffnung 14 herum angeordnet sind.
Die Aufrichtematrize 1 umfasst in ihrem unteren Teil auch ein Fixiermodul 60, welches die in der aufgerichteten Position des Kartons 100 aneinander anliegenden Abschnitte und Klebelaschen des Kartons 100 gegeneinander fixiert, sobald der Karton 100 die am weitesten durch die Matrizen-Öffnung 14 hindurch geschobene Endposition gemäß 5 erreicht hat, die vorzugsweise durch einen - nicht dargestellten - Anschlag vorgegeben ist.
Nach dem Fixieren des Kartons 100 wird der fertige Karton 100 zusammen mit den darin befindlichen Produkten P und dem darin befindlichen Aufrichtestempel 2 - ggfs. nach Vergrößern der Matrizen-Öffnung 14 durch Zurückziehen beweglicher Teile der Aufrichtematrize 1 von der Matrizen-Öffnung 14 - mittels des Aufrichtestempels 2 entgegen der Vorschub-Richtung 10 wieder aus der Matrizen-Öffnung 14 vollständig herausgezogen - wie in 5 angedeutet - wofür die an der Stirnfläche 2a, insbesondere den Stirnflächen 2a der Stempel-Fortsätze 6, vorhandenen Sauger 13 mit Unterdruck beaufschlagt werden, damit sie den Karton 100 am Aufrichtestempel 2 halten und diesen mit aus der Aufricht-Matrize 1 heraus bewegen.
Anschließend wird gemäß 6 der gefüllte Karton 100 mit Hilfe des noch darin steckenden Aufrichtestempels 2 zu einer Ablage-Position, meist wiederum auf dem Förderer 70, bewegt und der befüllte Karton 100 darauf abgestellt.
Daraufhin wird gemäß 7 nun der Aufrichtestempel 2 - nachdem spätestens jetzt die Unterdruck-Beaufschlagung sowohl der Sauger 13 als auch der Sauger 5 beendet wird - aus der offenen Seite des Kartons 100 heraus bewegt mittels der Handhabungsvorrichtung 3 und steht für einen neuen Einsatz zur Verfügung.
Um die Reibung zwischen den Außenseiten des Aufrichtestempels 2 und den Innenflächen des Kartons 100 zu überwinden, kann - wie in 2 dargestellt - im Basisteil 2.1 des Aufrichtestempels 2 ein Ausstoßer 2 geführt sein.
6 zeigt eine alternative Bauform des Ausstoßers 3, die sich in allen Betriebszuständen innerhalb des Ausstoßerstempels 2, vorzugsweise großenteils innerhalb dessen Basisteiles 2.1, befindet und meist in der Aufsicht betrachtet im Zentrum.
Dieser Ausstoßes 3 ist zwischen einer aus der Oberseite des Produktraumes 4 vorstehenden, aktivierten, Lage - indem er vorzugsweise gleichzeitig auf alle Produkte drückt, da ansonsten für jedes Produkt ein einzelner Ausstoßer 18 vorgesehen werden müsste - und einer daraus zurückgezogenen, deaktivierten Lage verstellbar, indem er ein beispielsweise pneumatisch beaufschlagter Kolben 16 in einem umgebenden Zylinder-Raum 17 im Basisteil 2.1 ist.
Hierfür benötigt der Aufrichtestempel 2 einen Pneumatik-Anschluss, also zur Versorgung mit Luft, die unter Überdruck gegenüber der Umgebung steht, und in diesem Fall kann einer der beiden Anschlussstutzen 9 auf der Oberseite des Aufrichtestempels 2 als Pneumatik-Anschluss und der andere als Unterdruck-Anschluss verwendet werden, oder es kommt zu den beiden Anschlussstutzen 9 für Unterdruck ein weiterer - nicht dargestellter - Anschlussstutzen für Luft mit Überdruck hinzu.
Die Unterdruck-Beaufschlagung der Sauger 5 hätte bereits ab dem Aufsetzen des Aufrichtestempels 2 auf dem Bodenabschnitt 100a des Karton-Zuschnitts 100' beendet werden können, da jedoch dann das gesamte Gewicht des gefüllten Kartons nur von den Saugern 13 an der Stirnfläche 2a des Aufrichtestempels 2 getragen werden müsste, wird dies in der Regel nicht gewählt.
Als nicht dargestellten letzten Arbeitsschritt muss nun lediglich der in diesem Fall einstückig mit dem Rest des Karton-Zuschnitts verbundene und nach oben noch abragende Deckelabschnitt 100f von einem in 2b nur angedeuteten Schließmodul 80 umgelegt und der Deckelabschnitt 100f am Rest des Kartons 100 fixiert werden.
Hierfür transportiert der Förderer 70 den gefüllten, noch offenen Karton 100 zu diesem Schließ-Modul 80, welches sich vorzugsweise oberhalb des Förderers 70 an einer anderen Längsposition des Förderers 70 befindet als die Aufrichtematrize 1.
Bezugszeichenliste

1: Aufrichtematrize
2: Aufrichtestempel
2.1: Basisteil
2a: Frontfläche, Stirnfläche
2b -e: Seitenfläche
3: Ausstoßer
4: Produktraum
5: Haltevorrichtung, Sauger
6: Stempel-Fortsatz
7: Seitenöffnung
8: Stirnöffnung
9: Unterdruck-Anschluss
10: axiale Richtung, Vorschubrichtung
11.1, 11.2: Querrichtung
12: Gewinde
13: Haltevorrichtung, Sauger
14: Matrizen-Öffnung
15: Leitblech
16: Ausstoßer-Führung
17: Zylinder-Raum
18: Handhabungsvorrichtung, Roboter
19a: Ausnehmung
19b: fixier-Öffnung, Gewindebohrung
50: Aufrichte- und Füll-Modul
60: Fixier-Modul
70: Förderer
80: Schließ-Modul
100: Karton
100': Karton-Zuschnitt
100a: Bodenabschnitt, Boden
100b-e: Seitenabschnitt, Seitenwand
100f: Deckelabschnitt, Deckel
P: Produkt
V: Vertikale
H: Horizontale

Claims

Verfahren zum Aufrichten eines Kartons (100) und Füllen mit wenigstens einem Produkt (P), indem - der ebene Karton-Zuschnitt (100') mit seinem Bodenabschnitt (100a) voraus durch eine Aufrichtematrize (1) gedrückt wird, - dadurch von der Aufrichtematrize (1) die an den Bodenabschnitt (100a) angrenzenden Seitenabschnitte (100b-e) des Karton-Zuschnitts (100') in eine gewinkelte Lage zum Bodenabschnitt (100a) zu einem Karton (100) aufgerichtet werden, - in der aufgerichteten Lage die Seitenwände (100b-e) des Kartons (100) gegeneinander fixiert werden, - das wenigstens eine Produkt (P) gegen den Bodenabschnitt (100a) angenähert und im Karton (100) platziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass - das wenigstens eine Produkt (P) vor dem Aufrichten des Kartonabschnitts (100') an den Bodenabschnitt (100a) angenähert wird und - der Karton (100) um das wenigstens eine angenäherte Produkt (P) herum aufgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der Bodenabschnitt (100a) mittels eines Aufrichtestempels (2) durch die Aufrichtematrize (1) gedrückt wird, - dabei das wenigstens eine Produkt (P) in dem Aufrichtestempel (2) aufgenommen ist, - spätestens beim Fixieren der Seitenwände (100b - e) gegeneinander diese an den Außenflächen des Aufrichtestempels (2) angelegt werden, - nach dem Fixieren der Seitenwände (100b - e) gegeneinander der Aufrichtestempel (2) aus dem Karton (100) herausgezogen wird unter Belassen des wenigstens einen Produktes (P) im Karton (100).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - für das Aufrichten das Produkt (P) und/oder der Aufrichtestempel (2) in einer aufrechten Richtung nach unten und mit seiner Frontfläche (2a) durch die Aufrichtematrize (1) bewegt wird und/oder - der Aufrichtestempel (2) in einem iterativen Herstellverfahren, insbesondere mittels 3-D-Druck, hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - vor dem Herausziehen des Aufrichtestempels (2) aus dem Karton (100) der Karton (100) zusammen mit dem darin befindlichen Produkt (P) und/oder dem Aufrichtestempel (2) in eine aufrechte, nach oben offene, Position gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das wenigstens eine Produkt (P) während des Aufrichte-Vorganges, insbesondere bei einem in einer aufrechten Richtung nach unten bewegten Aufrichtestempel (2), im Aufrichtestempel (2) mittels einer Haltevorrichtung (5) gehalten wird, insbesondere mittels eines Saugers (5), - insbesondere solange sich der Aufrichtestempel (2) in seiner den Bodenabschnitt (100a) kontaktierenden Position befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufrichtestempel (2) mit dem wenigstens einen Produkt (P) gefüllt wird indem - entweder der Aufrichtestempel (2) von oben über das Produkt (P) gestülpt wird - oder das wenigstens eine Produkt (P) in den mit seiner Frontfläche (2a) nach oben oder zur Seite weisenden Aufrichtestempel (2) von oben oder von der Seite eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herausziehen des Aufrichtestempels (2) aus dem Karton (100) - der Karton (100) gehalten wird und/oder - der Karton (100) in axialer Richtung (10) aktiv vom Aufrichtestempel (2) weggedrückt wird und/oder - das wenigstens eine Produkt (P) in axialer Richtung (10) aktiv vom Aufrichtestempel (2) weggedrückt wird.
Verpackungs-Maschine umfassend ein Aufrichte- und Füll-Modul (50) zum Aufrichten eines Kartons (100) aus einem ebenen Karton-Zuschnitt (100') und Füllen mit wenigstens einem Produkt (P) mit - einer Aufrichtematrize (1), - einem Aufrichtestempel (2), der mit seiner Stirnfläche (2a) durch die Aufrichtematrize (1) passt, - einer eines dieser beiden Bauteile (1, 2) führenden Handhabungsvorrichtung (3), insbesondere einem Roboter (3), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufrichtestempel (2) wenigstens ein zu wenigstens einer der Außenflächen des Aufrichtestempels (2) hin offener Produktraum (4), der insbesondere mittels einer Stirnöffnung (8) zur Stirnfläche (2a) des Aufrichtestempels (2) hin offen ist.
Verpackungs-Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufrichtestempel (2), insbesondere in dem Produktraum (4), eine Haltevorrichtung (5), insbesondere ein Sauger (5), zum Halten eines Produktes (P) im Produktraum (4) vorhanden ist.
Verpackungs-Maschine nach einem der vorhergehenden Maschinen-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufrichtestempel (2) so ausgebildet ist, dass die Haltevorrichtung (5), insbesondere der Sauger (5), schnell und einfach am Aufrichtestempel (2) befestigbar ist.
Verpackungs-Maschine nach einem der vorhergehenden Maschinen-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Produktraum (4) zu wenigstens einer der zur Stirnfläche (2a) benachbarten Seitenflächen (2b - e) hin eine zur Seite und insbesondere auch zur Stirnfläche (2a) hin offene Seitenöffnung (7) aufweist, - insbesondere der Produktraum (4) in Relation zu dem aufzunehmenden Produkt (P) so dimensioniert ist, dass das Produkt (P) durch die Seitenöffnung (7) bis zu der Außenfläche des Aufrichtestempels (2) und vorzugsweise darüber hinaus nach außen ragt.
Verpackungs-Maschine nach einem der vorhergehenden Maschinen-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufrichtestempel (2) aus Kunststoff und/Aluminium und/oder Edelstahl besteht.
Verpackungs-Maschine nach einem der vorhergehenden Maschinen-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Aufrichtestempel (2) in einem iterativen Herstellverfahren, insbesondere mittels 3-D-Druck, hergestellt ist.
Verpackungs-Maschine nach einem der vorhergehenden Maschinen-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufrichtestempel (2) eine Abstoß-Vorrichtung umfasst, die - entweder einen in axialer Richtung (10) angetriebenen, insbesondere pneumatisch angetriebenen, Ausstoßer (3) umfasst, der aus der freien Stirnfläche (2a) des Aufrichtestempels (2) oder aus dem Basisteil (2.1) des Aufrichtestempels (2) in den oberen Bereich des Produktraumes (4) hinein geben das dortige Produkt (P) ausgefahren werden kann, - oder eine Umschaltvorrichtung und einen Pneumatik-Anschluss umfasst, um diese Sauger (5, 13) mittels Luft mit Überdruck gegenüber der Umgebung zu Beaufschlagen. (Allgemein)
Verpackungs-Maschine nach einem der vorhergehenden Maschinen-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpackungs-Maschine, insbesondere die Aufrichtematrize (1), ein Fixier-Modul (60), insbesondere eine Klebe-Einheit (60), zum Fixieren der Seitenwände (100b - e) des Kartons (100) gegeneinander aufweist.
Verpackungs-Maschine nach einem der vorhergehenden Maschinen-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpackungs-Maschine einen Förderer (70) zum Herantransportieren der Produkte (P) und/oder zum Abtransportieren der gefüllten Kartons (100) umfasst.
Verpackungs-Maschine nach einem der vorhergehenden Maschinen-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpackungs-Maschine ein Schließ-Modul (80) zum Verschließen des Kartons (100), insbesondere zum Umlegen des Deckelabschnitts (100f) und Fixieren am Rest des Kartons (100), umfasst.