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Die Erfindung betrifft eine Maschine
zum Einwickeln von Verpackungsgegenständen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Bei bekannten Maschinen dieser Art
(
DE 25 48 786 C3 )
werden die Verpackungsgegenstände
in den Bereich einer Wickeleinheit eingeführt, in der eine von Folienvorratsrollen
ablaufende Folienbahn als im wesentlichen vertikaler Folienvorhang
aufgespannt ist. Gegen diesen eine Folienschlaufe bildenden Folienvorhang
wird der Verpackungsgegenstand mittels eines Einschiebers so vorgeschoben,
daß mittels
dessen Einschubbewegung der Folienbahn eine Zugbewegung vermittelt
wird und die Folienbahn von den Vorratsrollen abläuft. Dabei
wird der Verpackungsgegenstand nach Art einer Banderole umfaßt und diese
kann an der Rückseite
des Verpackungsgegenstandes durch eine Schweißvorrichtung straff verschlossen
werden. Zur Bildung dieser straffen Folienschlaufe ist die unter
Wirkung des horizontalen Einschiebers ablaufende Folienbahn mittels einrückbarer
Klemmbacken so festzulegen, daß während der
Klemmphase durch die weitere Verlagerung des Einschiebers eine Erhöhung der
Folienspannung erreicht wird. Durch zu hohe Einschubgeschwindigkeiten
und/oder spitze Teile an den Verpackungsgegenständen können Überbelastung der Folienbahn
im Bereich der Folienschlaufe zu Rissen führen, so daß die Geschwindigkeit des Einschiebers entsprechend
zu verringern ist und damit derartige Maschinen in ihrer Leistungsfähigkeit
Nachteile aufweisen.
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Die Erfindung befaßt sich
mit dem Problem, eine Maschine zum Einwickeln von Verpackungsgegenständen zu
schaffen, bei der die Wickeleinheit mit geringem technischem Aufwand
durch höhere
Geschwindigkeiten in einzelnen Wickelphasen eine Erhöhung der
Produktivität
auch beim Verpacken scharfkantiger Gegenstände ermöglicht.
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Ausgehend von einer Maschine zum
Einwickeln von Verpackungsgegenständen in einer Banderole gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 löst die
Erfindung dieses Problem durch eine Maschine mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen
wird auf die Ansprüche
2 bis 11 verwiesen.
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Die erfindungsgemäß ausgestaltete Maschine weist
eine Wickeleinheit auf, bei der ein aktiv in die Zuführung der
Folienbahn eingreifender Vorschubantrieb vorgesehen ist. Mit diesem
wird ein jeweils zur Bildung der den Verpackungsgegenstand aufnehmenden
Folienschlaufe vorgesehener Teilbereich der Folienbahn mit definierter
Geschwindigkeit und Länge
geführt
und nach Erreichen einer positionsgenau vorgegebenen Straffungsstellung
wird die Folienbahn direkt durch den gestoppten Vorschubantrieb
fixiert und im Bereich der Folienschlaufe erfolgt die vorgesehene
Straffung. Diese Zuführung
ist synchron zum Bewegungsablauf des Einschiebers so gesteuert,
daß die
Folienschlaufe in der aktiven Zuführphase weitgehend frei von
Zugkräften
vom Einschieber bzw. den Verpackungsgegenständen erfaßt und um diese herumgelegt
wird. Diese Wickelphase ist mit hoher Geschwindigkeit durchführbar und
auch der danach erfolgende Spannvorgang zur Straffung der Folienbahn
ist überaus
schnell möglich.
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Diese aktive Vorschubbewegung der
Folienbahn ist dabei durch eine Ausbildung des Vorschubantriebes
mit Servomotoren so steuerbar, daß mit hoher Präzision,
Beschleunigung und Geschwindigkeit die in jeweiligen Wickelphasen
vorgesehenen Zwischenstellungen der Folienbahn vorgegeben und erreicht
werden. Beim Umfassen des Verpackungsgegenstandes wird von der Folienbahn
ein erster Teilbereich durch den Vorschubantrieb zugeführt, durch diesen
beim anschließenden
Straffungsvorgang die gebildete Schlaufe gehalten, vor einem nachfolgenden
Schweißen
ein zweiter Teilbereich der Folienbahn zugeführt und nach dem Schweißen ist
der Wickelvorgang beendet. In einer steuerbaren Zwischenphase vor
der Folienbewegung für
den nächsten
Wickelvorgang erfolgt nunmehr eine sämtlichen Schlupf im System
ausgleichende Rückverlagerung des
sich in der Wickeleinheit befindenden Spann-Restes des bereits verschweißten zweiten Teilbereiches
der Folie. Dabei wird der nächste
Folienvorhang so aufgespannt, daß für den nächsten Wickelvorgang eine definierte
Ausgangsstellung erreicht ist. Eine zusätzliche Klemmvorrichtung für die Halterung
der Folienbahn im Bereich hinter den Vorratsrollen ist bei der erfindungsgemäßen Wickeleinheit
entbehrlich.
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Dieser aktive Vorschubantrieb mit
den Servomotoren ist mit einer im wesentlichen frei programmierbaren
Steuerung verbunden, mit der der Folienbahn unterschiedliche Weg-,
Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitsparameter vorgegeben werden.
Damit sind für
unterschiedlichste Verpackungsgegenstände und Folienmaterialien jeweils exakt
wiederholbare Bedingungen für
die straffe Banderolierung einstellbar und durch hohe Geschwindigkeiten
in der Wickeleinheit kann die Taktfrequenz der pro Zeiteinheit einwickelbaren
Verpackungsgegenstände
vorteilhaft erhöht
werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und
der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel
einer erfin dungsgemäßen Maschine
zum Einwickeln von Verpackungsgegenständen schematisch veranschaulicht
ist. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Maschine zum Einwickeln von Verpackungsgegenständen im
Bereich einer zentralen Wickeleinheit,
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2 eine
Ansicht entsprechend 1 mit in
eine Folienschlaufe verlagerten Verpackungsgegenständen,
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3 eine
Ansicht entsprechend 2 mit einer
die Folienschlaufe verschließenden
Schweißvorrichtung
in Bedienstellung,
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4 und 5 vergrößerte Ausschnittsdarstellungen
jeweiliger Phasen bei der Verlagerung der Verpackungsgegenstände in die
Position gemäß 2,
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6 und 7 vergrößerte Ausschnittsdarstellungen
jeweiliger Bewegungsphasen beim Verlagern der Folienschlaufe im
Bereich der Schweißvorrichtung,
und
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8 und 9 jeweilige Bewegungsphasen
im Bereich der Wickeleinheit bei Rückverlagerung eines nach dem
Schweißvorgang
frei werdenden Teils der Folienbahn in eine den neuen Folienvorhang
bildende Ausgangsstellung.
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In 1 bis 3 ist in einer Prinzipdarstellung eine
insgesamt mit 1 bezeichnete Maschine zum Einwickeln von
Verpackungsgegenständen 2 dargestellt.
Diese Darstel lung zeigt die wesentlichen Bauteile einer in geschnittener
Seitenansicht entsprechend der Zeichnungsebene veranschaulichten
Wickeleinheit 3, in die die Verpackungsgegenstände 2 auf
einer Förderstrecke 4 in
Richtung deren Mittellängsebene
A zugeführt
werden. In dieser Wickeleinheit 3 wird eine von zwei Vorratsrollen 5 und 6 ablaufende
Folienbahn 7 als Folienvorhang 8 ausgerichtet. Zur
Bildung einer straffen Banderole um die Verpackungsgegenstände 2 werden
diese mittels eines horizontal verlagerbaren Einschiebers 9 senkrecht
zur Zuführebene
A verlagert (Pfeil E, 2),
wobei die Verpackungsgegenstände 2 am
Folienvorhang 8 in Anlagestellung gelangen (4) und unter Bildung einer
Folienschlaufe 8' (5) zu einer zweiten Förderstrecke 10 (Förderrichtung
gemäß Pfeil
F) hin verlagerbar sind.
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Nach Erreichen dieser Aufnahmestellung
der Verpackungsgegenstände 2 in
der Folienschlaufe 8' ist
diese an der Rückseite 11 der
Verpackungsgegenstände 2 durch
eine Schweißvorrichtung 12 (3) verschließbar.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Maschine 1 ist
im Bereich der Wickeleinheit 3 mit einem die Folienbahn 7 erfassenden
und diese in einer an die Verpackungsgegenstände 2 anpaßbaren Länge gesteuert
zuführenden
Vorschubantrieb (Zuführung
gemäß Pfeil
Z und Z' in 4) versehen, wobei dieser jeweils
ein Antriebsorgan 13 und 14 im Bereich zwischen
dem Folienvorhang 8 und den beiden Vorratsrollen 5 und 6 aufweist.
Mit dieser Vorschubsteuerung gemäß Z und
Z' wird die Bildung
der Folienschlaufe 8' (4) aktiv und im wesentlichen
synchron zur Einschubbewegung E des Einschiebers 9 so beeinflußt, daß in dieser
ersten Wickelphase eine Straffungsbelastung der Folienschlaufe 8' vermieden ist
und diese damit mit hoher Geschwindigkeit geformt werden kann.
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Der Vorschubantrieb Z, Z' ist dabei so konzipiert,
daß der
in der ersten Einschubphase als die Folienschlaufe 8' geformte Teil
der Folienbahn 7 durch eine Unter brechung des Vorschubantriebes
in einer vorgesehenen Straffungsstellung gehalten wird und bei Fortsetzung
der Einschubbewegung E die Verpackungsgegenstände 2 (5) durch eine erste Straffungsphase
an der Rück-,
Ober- und Unterseite umfaßt
werden. Zusätzlich
ist vorgesehen, daß der
Vorschubantrieb gemäß Pfeilrichtung
Z, Z' eine Umsteuerung
aufweist, so daß der
hinter bzw. unter der Schweißvorrichtung 12 frei
werdende Teil 8'' der Folienbahn 7 (8) in eine den nächsten Folienvorhang 8 (9) bildende Ausgangsstellung
rückführbar ist
(Bewegungspfeile R, R' in 8).
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In 1 ist
das Maschinenkonzept mit dem die Folienbahn 7 erfassenden
Vorschubantrieb und dessen als Servomotoren M ausgebildeten Antriebsorganen 13 und 14 in
Zusammenschau mit einer deren Bewegung regelnden Steuereinheit 15 dargestellt,
wobei diese insbesondere als in einem Speicherteil programmierbare
Steuereinheit (SPS) ausgeführt
ist. Diese Steuereinheit 15 wirkt besonders effizient mit
der Wickeleinheit 3 dann zusammen, wenn auch jeweilige
Antriebsorgane 16 und 17 im Bereich des Einschiebers 9 bzw.
der Schweißvorrichtung 12 in
Form von Servomotoren M' und
M'' vorgesehen sind.
Diese neuartige Anwendung an sich bekannter Servomotoren M, M', M''' für die erfindungsgemäße Maschine 1 eröffnet die
Möglichkeit
einer optimalen Steuerung, derart, daß der jeweilige Vorschub der
Folienbahn 7, des Einschiebers 9 und der Schweißvorrichtung 12 durch
jeweilige programmierbare Weg-, Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitsparameter
im Bereich der Steuereinheit 15 anwendungsspezifisch auf
unterschiedliche Folienmaterialien und Verpackungsgegenstände voreinstellbar
sind.
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Ausgehend von der in 1 dargestellten Zuführstellung der Verpackungsgegenstände 2 wird der
Servomotor M' betätigt und
der an einem nicht näher
dargestellten Gestell 19 abgestützte Einschieber 9 zu
dem Folienvorhang 8 hin verlagert (Pfeil E). Diese Bewegungsphase
ist in 4 näher dargestellt,
wobei die gleichzeitige Zuführung
Z, Z' der Folie 7 durch
die Servomotoren M im Bereich der beiden Antriebsor gane 13 und 14 deutlich
wird. Der im Bereich der Servomotoren M durch ein inkrementales
Meßsystem
erfaßte
Vorschub der Folie 7 erfolgt dabei durch eine sich in Drehrichtung
D verlagernde Antriebswelle 20, die mit einer von der Folienbahn 7 umgriffenen
Gegenwelle 21 zusammenwirkt. In dieser Vorschubphase Z,
Z' gemäß 4 weisen die Wellen 20 und 21 ein
den freien Durchlauf der Folienbahn 7 gewährleistenden
Abstand S auf.
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Nach Erreichen dieser Einschubstellung
gemäß 4 ist die Folienschlaufe 8' über einen
Teilbereich des Umfanges der Verpackungsgegenstände 2 gebildet und
durch eine Stopschaltung der Servomotoren M wird in dieser Phase
der Folien-Vorschub in Pfeilrichtung Z, Z' unterbrochen. Gleichzeitig kann die
Folienbahn 7 zusätzlich
im Bereich der beiden Wellen 20 und 21 dadurch
fixiert werden, daß diese im
Bereich des Spaltes S gegeneinander verschoben werden und eine Klemmung
der Folie 7 erfolgt (Bewegungspfeile K, K'). Die weitere Bewegung
des Einschiebers 9 in Pfeilrichtung E (5) führt
in dieser Wickelphase dazu, daß ohne
weitere Zuführung
der Folienbahn 7 der Bereich der Folienschlaufe 8' unter gleichzeitiger
Dehnung enger um die Verpackungsgegenstände 2 gelegt wird,
wobei der Einschieber 9 den Dehnungsweg W zurücklegt und
danach der Einschieber 9 seine Endstellung erreicht hat.
In dieser Steuerphase wird der Servomotor M' auf Bewegungsumkehr geschaltet und
der Einschieber 9 gelangt in Pfeilrichtung E' (6, 7)
in seine Ausgangsstellung gemäß 1.
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In 2 ist
der vorbeschriebene Bewegungsablauf am Ende des Einschubes E dargestellt und
in Zusammenschau mit 6 und 7 sind die Bewegungsphasen
bei der Fortsetzung des Wickelvorganges gezeigt. Die bis auf die
Förderstrecke 10 vorgeschobenen
Verpackungsgegenstände 2 werden gemäß 6 zusätzlich mit einer steuerbaren
und vertikal in einer Hubrichtung P, P' verlagerbaren Halteplatte 21 definiert
so belastet, daß die
Folienschlaufe 8' nunmehr
straff an zumindest drei Seiten der Verpackungsgegenstände 2 anliegt.
Als Antrieb für
die Halteplatte 21 kann ein nicht näher dargestellter Stellantrieb,
z. B. ein Hydraulik- oder Pneumatikzylinder vorgesehen sein.
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Danach wird der zur Bewegung der Schweißvorrichtung 12 vorgesehene
Servomotor M" (1) so aktiviert, daß ein oberer
Schweiß-
und Trennkopf 22 in einer Pfeilrichtung T und eine untere Gegenplatte 23 in
einer Pfeilrichtung T' parallel
zur Rückseite 11 der
Verpackungsgegenstände 2 verlagert
werden (Bewegungsphasen gemäß 6 und 7) und damit die Schweißposition
gemäß 3 erreicht wird.
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Während
dieser Bewegung wird die Folienbahn 7 in einer ersten Phase
im Bereich der Antriebsorgane 13 und 14 aus ihrer
Klemmstellung K bzw. K' freigegeben
und mittels der Servomotoren M ein weiterer Teilbereich der Folienbahn 7 synchron
mit den Bewegungen T bzw. T' in
den Bereich der vor der Schweißvorrichtung 12 verlaufenden
Rückseite 11 der
Verpackungsgegenstände 2 zugeführt (7). Die Genauigkeit und
Schnelligkeit dieser Bewegungssteuerung mit den einstellbaren Servomotoren M
und M'' ermöglicht in
dieser Wickelphase ein nochmaliges Stoppen bzw. Klemmen der Folienbahn 7 (7) analog der bereits in 5 dargestellten Vorgehensweise.
Danach führt
die Weiterbewegung des Schweiß-
und Trennkopfes 22 sowie der Gegenplatte 23 in
dieser Haltephase der Folienbahn zu einer zweiten Straffung im Bereich
der die Verpackungsgegenstände 2 umgreifenden
Folienschlaufe 8',
derart, daß auch
die Rückseite 11 der
Verpackungsgegenstände 2 durch
einen straff anliegenden Teilbereich der Banderolierung erfaßt ist.
Diese Straffung der Folienschlaufe 8' ist aus der Zusammenschau von 7 und 3 ersichtlich, wobei während dieser Bewegung
T, T' ein bis zur
Umschlingung der Verpackungsgegenstände 2 verbleibender
Abstand C geschlossen wird und dessen Maß den Dehnungsweg sowie die
daraus resultierende Spannung der Folie bestimmt.
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Nach Abschluß des an sich bekannten Schweißvorganges,
der gleichzeitig zwei Schweißnähte 24 und 25 (8) erzeugt, wird zwischen
den zwei Schweißnähten ein
durch den Schweiß-
und Trennkopf 22 bewirkter Trennschnitt durchgeführt, so daß danach
die eingewickelten Verpackungsgegenstände 2 auf der Förderstrecke 10 abführbar sind (Pfeil
F, 8).
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Bei dem vorbeschriebenen Zuführ- und Schweißvorgang
ist gleichzeitig mit der Straffung der Folienschlaufe 8' im Bereich
der Rückseite 11 der Verpackungsgegenstände 2 eine Überdehnung
des nunmehr freien Teils 8'' der Folienbahn 7 erfolgt,
so daß ein
von den inkrementalen Meßsystemen
der Servomotoren M nicht erfaßbarer
Dehnungs-Schlupf der Folie vorliegt (8).
Dieser Schlupf (dargestellt mit einem Abstand H des Folienteils 8'' von einer die Lage des Folienvorhanges
definierenden Linie L) erfordert einen entsprechenden Ausgleich,
um das Maschinen-System im Bereich der Wickeleinheit 3 auf einen
zur längengenauen
Folienverlagerung notwendigen Bezugspunkt zurückzuführen.
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Dieser Ausgleich wird in vorteilhafter
Ausführung
dadurch erreicht, daß die
Servomotoren M im Bereich der Wellen 20 und 21 die
Folienbahn 7 freigeben (umgekehrte Pfeilrichtung K, K'; 8) und die beiden Antriebsorgane 13 und 14 in
ihrer Drehrichtung D' (9) umgeschaltet werden,
so daß damit
der in 8 durch die Pfeile
R dargestellte Rückverlagerungsvorgang
eingeleitet wird. Dabei kann eine einfache Momentenregelung im Bereich
der Servomotoren M vorgesehen sein, derart, daß entsprechend der Festigkeit
des Folienmaterials und der erzeugten Schweißnaht 24 die Rückverlagerung
bis zu einem voreingestellten Grenz-Drehmoment erfolgt, dadurch
mit entsprechend geringen Spannkräften in Pfeilrichtung R Überbelastungen
vermieden sind und im Bereich des neu gebildeten Folienvorhanges 8 (9) eine lagegenaue Ausgangsstellung (entsprechend
Linie L) erreicht ist. Danach kann ausgehend von 1 der beschriebene Einwickelvorgang für die nächsten Verpackungsgegenstände 2' fortgesetzt
werden.
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Für
das vorbeschriebene Maschinenkonzept sind die die einzelnen Baugruppen
der Wickeleinheit 3 abstützenden Gestelleinzelteile
und Verbindungsteile nur prinzipiell veranschaulicht, um den erfindungsgemäßen Aufbau
zu erläutern.
Die zur Zuführung
der Folienbahn 7 vorgesehenen Rollenzuführungen 26 bzw. 27 im
Bereich der Vorratsrollen 5 und 6 sind dabei als
denkbare Zusatzeinheiten in einer an sich bekannten Ausführung dargestellt.
An Stelle des über
jeweilige Antriebsriemen 28 und Führungsrollen 32, 33 umgelenkten
Antriebes der Schweißvorrichtung 12 mittels
des nur einen Servomotors M'' ist auch denkbar,
einen Einzelantrieb für
den Schweiß- und
Trennkopf 22 bzw. die Gegenplatte 23 vorzusehen
oder einen weiteren Servomotor (nicht dargestellt) in das System
zu integrieren.
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Für
die Führung
der Folienbahn 7 sind im Nahbereich zum Einschieber 9 jeweilige
Stütz-
und Führungsrollen 29, 30 vorgesehen
und durch ein zwischen der Förderstrecke 4 und
der Abförderstrecke 10 für die Folienbahn 7 vorgesehenes Überbrückungsteil 31 können auch
die Verpackungsgegenstände 2, 2' optimal und
strömungssicher
in den Bereich des Vorhanges 8 bzw. der Bauteile der Schweißvorrichtung 12 überführt werden.
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Für
eine weitere Optimierung des Maschinenkonzepts kann vorgesehen sein,
daß die
Servomotoren M, M',
M'' durch die Steuerung 15 zu
einer kommunizierenden Einheit so zusammengefaßt werden, daß beispielsweise
durch Materialveränderungen
im Bereich der Folienbahn 7 bewirkte Längenveränderungen oder Schlupf im Bereich
der Vorschubwellen als Positionsfehler durch das Regelsystem selbst
erkannt werden und danach ein automatischer Ausgleich erfolgt, derart,
daß die
erforderliche Straffung beim Einwickeln der Verpackungsgegenstände 2 auch
bei hoher Geschwindigkeit über
einen langen Zeitraum sicher gewährleistet
ist.