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Die
Erfindung betrifft eine Arbeitsstation, insbesondere für eine Verpackungsmaschine,
und eine Verpackungsmaschine. Eine solche Arbeitsstation wird in
bekannter Weise als Bestandteil von Verpackungsmaschinen und insbesondere
von Vakuumverpackungsmaschinen verwendet. Wegen der im Betrieb dabei
auftretenden Kräfte
sind die bekannten Arbeitsstationen sehr schwer gebaut.
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Beispielsweise
aus der europäischen
Patentschrift
EP 0569
937 B1 ist eine Verpackungsmaschine mit einer Arbeitsstation
bekannt, bei der die Arbeitsstation eine Hubvorrichtung aufweist,
bei der das Unterwerkzeug durch ein Kniehebelsystem und eine Kolben-Zylindereinrichtung
angehoben bzw. abgesenkt wird. Die Kolben-Zylindereinrichtung ist lediglich mit
einem von zwei Kniehebelsystemen verbunden, so dass eine zusätzliche
Parallelstange zur Betätigung
des anderen Kniehebelsystems notwendig ist. Die bekannte Hubvorrichtung
benötigt
daher sehr viel Raum, so dass die Ausmaße der Verpackungsmaschine
unnötig
vergrößert werden
und die Verpackungsmaschine darüber
hinaus unnötig schwerer
und kostspieliger wird. Weiterhin ist die bekannte Verpackungsmaschine
von ihrer Wartung her aufwendiger zu betreiben und fehleranfälliger,
weil eine komplizierte Mechanik Verwendung findet.
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Es
stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Verpackungsmaschine zur Verfügung zu
stellen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Arbeitsstation und eine mit dieser ausgestatteten Verpackungsmaschine
gelöst,
wobei die Arbeitsstation mit einem Stationärteil, einem Hubteil und einer
Hubeinrichtung vorgesehen ist, wobei die Hubeinrichtung zur linearen
Bewegung des Hubteils relativ zum Stationärteil entlang von Führungsmitteln
vorgesehen ist, wobei die Hubeinrichtung eine erste Hubwelle, eine
zweite Hubwelle, ein erstes Kniehebelsystem und ein zweites Kniehebelsystem
aufweist, wobei die Hubwellen jeweils ein Kniehebelgelenk aufweisen,
wobei ein Linearaktuator mit einem ersten und einem zweiten Angriffspunkt
vorgesehen ist, wobei der Linearaktuator vorgesehen ist, mittels einer
rotativen Bewegung der Hubwellen die lineare Bewegung des Hubteils
zu bewirken, wobei weiterhin als der erste Angriffspunkt des Linearaktuators
die erste Hubwelle vorgesehen ist, wobei als der zweite Angriffspunkt
des Linearaktuators die zweite Hubwelle vorgesehen ist und wobei
Ausgleichsmittel vorgesehen sind, die eine gleichmäßige Bewegung
der Hubwellen bewirken.
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Eine
Arbeitsstation im Sinne der Erfindung ist z.B. eine Tiefzieh-, eine
Siegel- und/oder
eine Schneidstation. Unter Linearaktuator ist im Sinne der Erfindung
ein Aktuator zu verstehen, dessen Enden bzw. dessen Angriffspunkte
eine lineare Bewegung relativ zueinander durchführen, d.h. die Angriffspunkte
haben in einem eingefahrenen ersten Zustand des Linearaktuators
einen kleinsten Abstand voneinander und die Angriffspunkte haben
in einem ausgefahrenen zweiten Zustand des Linearaktuators einen größten Abstand
voneinander.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der erste Angriffspunkt an einem an der ersten Hubwelle befestigten
Hebel vorgesehen ist und der zweite Angriffspunkt ist an einem an
der zweiten Hubwelle befestigten Hebel vorgesehen ist. Dadurch ist
mit sehr einfachen und kostengünstigen
Mitteln eine Anbringung des Linearaktuators an den beiden Hubwellen
bzw. den beiden Kniehebelsystemen möglich. Bevorzugterweise ist
der Linearaktuator als eine Kolben-Zylindereinrichtung vorgesehen,
wobei die Kolben-Zylindereinrichtung insbesondere elektrisch und/oder
pneumatisch und/oder hydraulisch betreibbar ist. Dies hat den Vorteil,
dass auf kostengünstige Weise
auf bewährte
Technologie des Linearaktuators zurückgegriffen werden kann. Insbesondere
ist es erfindungsgemäß vorteilhaft
vorgesehen, einen seine Position zurückmeldenden Servoaktuator als
Linearaktuator zu verwenden. In diesem Fall ist es vorteilhaft möglich, dass
der Linearaktuator (und damit das Hubteil) nur Teilbereiche seines
gesamten möglichen Bewegungsbereichs
durchfährt,
so dass die Taktfrequenz der Bewegung des Hubteils vergrößert vorgesehen
sein kann, was zu einer Erhöhung
der Effizienz der Verpackungsmaschine führt. Der Linearaktuator ist
in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weiterhin als Spindelantrieb vorgesehen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Ausgleichsmittel derart vorgesehen, dass eine gleichmäßige und
gegenläufige
Bewegung der Hubwellen durch die Ausgleichsmittel bewirkt wird.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft der Fall, wenn die zur Bewegung
der Kniehebelsysteme vorgesehenen Hebel, an denen der Linearaktuator
vorgesehen ist, und die Anbringung der Angriffspunkte des Linearaktuators
gleichartig, d.h. im wesentlich symmetrisch, vorgesehen sind. In
diesem Fall führt
eine gleichmäßige, jedoch
gegenläufige
Bewegung der Hubwellen zu einem hinsichtlich beider Kniehebelsysteme gleichmäßigen Anheben
des Hubteils. In bevorzugter Weise sind die Ausgleichmittel als
eine Kette und/oder als ein Zahnriemen und/oder als eine Mehrzahl
von Zahnrädern
und/oder als Draht vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen
und kostengünstigen,
weil bewährten
Maßnahmen
eine leichte und platzsparende Konstruktion der Arbeitsstation möglich ist.
Alternativ oder zusätzlich
zu solchen direkt in die Bewegung der Hubwellen eingreifenden bzw.
diese beeinflussende direkte Ausgleichsmittel ist es erfindungsgemäß in einer
bevorzugten Ausführungsform
weiterhin vorgesehen, die Ausgleichsmittel als indirekte Ausgleichsmittel
vorzusehen, wobei insbesondere eine Ausbildung der (indirekten)
Ausgleichsmittel als Führungselemente
des Hubteils vorteilhafterweise vorgesehen ist. Dies bringt den
Vorteil mit sich, dass die Anhebung des Hubteil (bei zusätzlicher
Anwendung der indirekten Ausgleichsmittel) in noch gleichmäßigerer
Weise bewirkt werden bzw. dass die gleichmäßige und nicht verkantende
Anhebung des Hubteil (bei alternativer Anwendung der indirekten
Ausgleichsmittel) mit sehr einfachen, damit kostengünstigen
und weiterhin robusten Mitteln möglich
ist, beispielsweise mittels Führungshülsen, die an
dem Hubteil vorgesehen sind und die eine Führung bei gleichzeitiger horizontaler
Ausrichtung des Hubteils bewirken.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der 1-4 erläutert. Diese
Erläuterungen
sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken
nicht ein.
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Es
zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht
einer Verpackungsmaschine mit weggelassener Seitenabdeckung;
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2 eine perspektivische Darstellung
des Hubtisches in angehobener Position;
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3 eine Vorderansicht des
Hubtisches in angehobener Position und
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4 eine Seitenansicht des
Hubtisches in angehobener Position.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Verpackungsmaschine
in schematischer Darstellung. Eine Folie 1 wird von einer
Rolle abgerollt und durchläuft zunächst eine
Tiefziehstation 2, die aus einem Oberwerkzeug 3 und
einem Unterwerkzeug 4 besteht. Das Unterwerkzeug 4 ist
auf einer Platte 5 montiert, die, wie durch den Pfeil angedeutet,
angehoben und abgesenkt werden kann. In der Tiefziehstation 2 wird die
Folie 1 zu einer Verpackungsmulde 6 verformt.
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Danach
werden die Verpackungsmulden 6 mit einem Verpackungsgut
befüllt
und in der folgenden Siegelstation 10 werden die Verpackungsmulden mit
einer Deckelfolie versiegelt. Auch die Siegelstation 10 besteht
aus einem Oberwerkzeug 12 und einem Unterwerkzeug 11,
wobei auch bei der Siegelstation das Unterwerkzeug 11 angehoben
und abgesenkt werden kann.
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Abschließend werden
die Verpackungen in der Schneidstation 7 auseinandergeschnitten.
Auch die Schneidstation 7 besteht aus einem Oberwerkzeug 8 und
einem Unterwerkzeug 9, wobei auch bei der Schneidstation
das Unterwerkzeug 9 angehoben und abgesenkt werden kann.
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Die
Tiefziehstation 2, die Siegelstation 10 und die
Schneidstation 7 werden im Folgenden auch als Arbeitsstationen 2, 10, 7 bezeichnet.
Die Arbeitsstationen weisen jeweils Werkzeuge auf, die – bisher auch
als Oberwerkzeuge 3, 8, 12 bezeichnet
-stationär
oder anhebbar vorgesehen sind und die im Folgenden als Stationärteile 3, 8, 12 bezeichnet
werden. Die Arbeitsstationen 2, 10, 7 können insbesondere an
einer oder mehreren nicht dargestellten, im wesentlichen horizontal
verlaufenden Schienen (im Folgenden auch als Montageschienen 15 bezeichnet) mittels
sogenannter Aufhängepunkte
befestigt sein, die an den Arbeitsstationen 2, 10, 7 angebracht
sind. An den Schienen können
die Arbeitsstationen insbesondere horizontal verschiebbar vorgesehen
sein. Die Arbeitsstationen weisen jeweils Werkzeuge auf, die – bisher
auch als Unterwerkzeuge 4, 9, 11 bezeichnet – heb- bzw. senkbar sind
und die im Folgenden als Hubteile 4, 9, 11 bezeichnet
werden. Es ist zwar zweckmäßig, jedoch
erfindungsgemäß nicht zwingend
notwendig, dass die Hubteile 4, 9, 11 an
einer Arbeitsstation unterhalb der Stationärteile 3, 8, 12 angeordnet
sind. Ebenso ist es zweckmäßig, jedoch erfindungsgemäß nicht
notwendig, dass die Stationärteile 3, 8, 12 an
einer Arbeitsstation oberhalb der Hubteile 4, 9, 11 angeordnet
sind. Die Hubteile werden gegenüber
den Stationärteilen
erfindungsgemäß mittels
einer Hubeinrichtung gehoben bzw. gesenkt. Die Hubeinrichtung wird
im Folgenden auch als Hubtisch bezeichnet.
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Der
Hubtisch, mit dem die Hubteile 4, 9, 11 abgesenkt
und angehoben werden, ist in den 2, 3 und 4 dargestellt, die jeweils eine andere
Sicht auf den angehobenen Hubtisch erlauben. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung
des Hubtisches, während 3 eine Vorderansicht und 4 eine Seitenansicht des
Hubtisches zeigen.
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Der
Hubtisch 50 weist eine Platte 5 auf, auf der die
Hubteile 4, 9, 11 montierbar sind. Die
Platte 5 ist mit zwei Führungsbuchsen 61 versehen,
die Führungsstangen 51 aufnehmen.
Weitere Trägerstangen 52 tragen
eine Befestigungsvorrichtung 53 für das in den 2, 3 und 4 nicht dargestellte Stationärteil 3, 8, 12.
Der Hubtisch 50 ist erfindungsgemäß insbesondere derart vorgesehen,
dass er mittels mehrerer Aufhängepunkte 54,
beispielsweise vier Aufhängepunkte 54,
in der horizontal verlaufenden, in 2 bis 4 nicht dargestellten Montageschiene 15 horizontal
verschieblich eingesetzt werden kann. Die Befestigungsvorrichtung 53 und
damit das Stationärteil 3, 8, 12 kann
in einer bevorzugten Ausführungsform des
Hubtisches 50 gegenüber
den Aufhängepunkten 54 vertikal
verschiebbar vorgesehen sein. Eine solche vertikale Verschiebung
bzw. Bewegung des Stationärteils 3, 8, 12 ist
beispielsweise mittels eines Hubaktuators 55 vorgesehen,
der insbesondere als Elektromotor, beispielsweise mittels Spindeltrieb, oder
dergleichen vorgesehen ist. Die Trägerstangen 52 können erfindungsgemäß ebenfalls – zusätzlich zu
ihrer Funktion als Trägerstangen 52 – eine Funktion
als Führungsstangen
für die
Platte 5 bzw. das Hubteil 4, 9, 11 ausüben. In
diesem Fall kann es vorgesehen sein, auf zusätzliche Führungsstangen 51 zu
verzichten und die Trägerstangen 52 als
Führungsstangen 51 zu
verwenden. Auf ihrer unteren Seite weist die Platte 5 Lager 62 auf,
in denen obere Enden 63a von Stangen 63 um Achsen
schwenkbar gelagert sind. Die Stangen 63 sind an ihrem
unteren Ende 63b drehbar über Ausleger 64 mit
einer ersten Hubwelle 65a bzw. mit einer zweiten Hubwelle 65b verbunden,
wobei die Hubwelle ihrerseits in Jochs 66 drehbar gelagert
ist. Die Jochs 66 sind fest mit dem nicht dargestellten
Rahmen der Verpackungsmaschine verbunden. Die Ausleger 64 und
die Stangen 63 bilden Kniehebelsysteme, die eine rotative
Bewegung der Hubwellen 65a, 65b in eine translatorische bzw.
lineare Bewegung der Platte 5 und damit der Hubteile 4, 9, 11 relativ
zum in 2 bis 4 nicht dargestellten Stationärteil umwandeln.
Hierbei ist das erste Kniehebelsystem an der ersten Hubwelle 65a und
das zweite Kniehebelsystem an der zweiten Hubwelle 65b angebracht.
Hierbei kann das erste Kniehebelsystem durchaus eine Mehrzahl von
Kniehebeln, die an der ersten Hubwelle 65a vorgesehen sind,
umfassen. Ebenso kann das zweite Kniehebelsystem durch aus eine
Mehrzahl von Kniehebeln, die an der zweiten Hubwellen 65b vorgesehen
sind, umfassen. Im Beispiel der 2 bis 4 sind an beiden Hubwellen 65a, 65b jeweils
zwei Kniehebel vorgesehen. Die erste und zweite Hubwelle 65a, 65b wird
erfindungsgemäß mittels
eines einen ersten Angriffspunkt und einen zweiten Angriffspunkt
aufweisenden Linearaktuators 68, der insbesondere als Kolben-Zylindereinrichtung 68 vorgesehen
ist, bewegt. Hierzu ist ein erster Hebel 67a an der ersten
Hubwelle 65a und zweiter Hebel 67b an der zweiten
Hubwelle 65b vorgesehen. Der erste Angriffspunkt ist an
dem der ersten Hubwelle 65a abgewandten Ende des ersten Hebels 67a vorgesehen
und der zweite Angriffspunkt ist an dem der zweiten Hubwelle 65b abgewandten Ende
des zweiten Hebels 67b vorgesehen. Im in den 2, 3 und 4 dargestellten
ausgefahrenen Zustand der Hubeinrichtung 50 ist das Hubteil 4, 9, 11 und
die Platte 5 auf seiner/ihrer höchsten Position, weil die Ausleger 64 und
die Träger 63 jeweils
im wesentlichen linear hintereinander angeordnet sind. In dieser Situation
ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
der Linearaktuator 68 vollständig eingezogen, d.h. die Angriffspunkte
weisen den kleinsten Abstand auf. Zu einer Absenkung der Platte 5 und
damit des Hubteils 4, 9, 11 kommt es,
wenn durch ein Ausfahren des Linearaktuators 68 eine Drehung
der Hubwellen 65a, 65b mit einhergehendem Einknicken
der Kniehebelsysteme bewirkt wird. Diese Bewegung ist in 2 mittels der Pfeile 69 angedeutet.
Erfindungsgemäß wird diese
Bewegung gleichmäßig für beide
Hubwellen 67a, 67b bzw. für beide Kniehebelsysteme durchgeführt, so
dass es zu keinem Verkanten der Platte 5 kommt. Hierzu
sind erfindungsgemäß Ausgleichsmittel
an der Hubeinrichtung 50 vorgesehen. Eine erste Möglichkeit solcher
Ausgleichsmittel besteht darin, die Führungsbuchsen 61 vorzusehen.
Je länger
die Führungsbuchsen 61 vorgesehen
sind, desto besser ist die Führung
des Hubteils 4, 9, 11 in den Führungsstangen 51 und
damit dessen Absicherung gegen Verkanten. Eine weitere Möglichkeit
solcher Ausgleichmittel besteht darin, eine synchronisierte und gegenläufige Bewegung
der Hubwellen 65a, 65b dadurch zu gewährleisten,
dass beispielsweise eine Gliederkette, ein Zahnriemen, eine Zahnradanordnung,
ein – insbesondere
auf den Hubwellen 65a, 65b mehrfach aufgewickelter – Draht
oder eine Kombination solcher Mittel zwischen den Hubwellen 65a, 65b vorgesehen
ist. Ausgleichsmittel, die direkt an den Hubwellen eine synchronisierte – d.h. bei
gleichen wirksamen Auslegerlängen
an beiden Kniehebelsystemen insbesondere eine gleichmäßige und gegenläufige – Bewegung
der Hubwellen 65a, 65b mittels Zahnräder, Ketten
oder dergleichen bewirken, werden im folgenden auch als direkte
Ausgleichsmittel bezeichnet. Ein Beispiel solcher direkter Ausgleichsmittel
ist in 4 dargestellt.
Im Bereich des Jochs 66 zwischen den Hubwellen 65a, 65b ist
ein Draht 71 derart gekreuzt mit den Hubwellen 65a, 65b verbunden,
insbesondere mittels einer oder mehrerer Umdrehungen aufgewickelt,
vorgesehen, dass sich der Draht 71 bei einer gegenläufigen,
d.h. mit unterschiedlichem Drehsinn vorgenommenen, rotativen Bewegung
der Hubwellen 65a, 65b von der einen Hubwelle
oben abwickelt und gleichzeitig auf die andere Hubwelle unten aufwickelt
oder umgekehrt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Kraftwirkung des
Linearaktuators 68 direkt und in gleichmäßiger Weise
auf beide Kniehebelsysteme übertragen
wird. Beispielsweise größere Reibungswiderstände des
einen Systems werden durch die Ausgleichsmittel ausgeglichen. Dadurch
wird gewährleistet,
dass die Bewegung der Hubeinrichtung lediglich einen Freiheitsgrad
aufweist und dass die Höhe
der Platte 5 in eineindeutiger Weise durch den Ausfahrzustand
bzw. Einfahrzustand des Linearaktuators 68 festgelegt ist. Ausgleichsmittel,
die indirekt eine synchronisierte Bewegung der Hubwellen bewirken,
wie beispielsweise verlängerte
Führungsbuchsen 61,
werden im Folgenden auch als indirekte Ausgleichsmittel bezeichnet.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen,
direkte und indirekte Ausgleichsmittel sowohl kumulativ als auch
alternativ einzusetzen. Dabei ist darauf zu achten, dass die Ausgleichsmittel
möglichst
keinen Schlupf aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt
werden, dass in den Ausgleichsmitteln Federmittel integriert vorgesehen
sind. Der Draht 71 ist in einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
mit einem Spannmittel bzw. einem Federmittel 70, beispielsweise
einer entlang ihrer Achse linear dehnbaren Spiralfeder, versehen
wobei der Draht 71 gekreuzt zwischen den Hubwellen 65a, 65b vorgesehen
und das Federmittel 70 den Draht 71 spannt. Im
in der 4 angegebenen
Beispiel ist das Federmittel 70 beispielsweise derart vorgesehen, dass
ein möglicherweise
vorliegender Schlupf des als Draht 71 vorgesehenen Ausgleichsmittels
unterbunden wird. In einer in 4 nicht
dargestellten alterntiven Ausführungsform
ist der Draht 71 mit einem Spannmittel bzw. einem Federmittel 70 versehen, welches
derart an dem Draht 71 bzw. an den Hubwellen 65a, 65b vorgesehen
ist, dass es bei einer Anhebung der Platte 5 zu einer Auslenkung
des Federmittels 70 kommt. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform
der Erfindung ist es vorgesehen, eine Kette oder einen Zahnriemen
gekreuzt zwischen den Hubwellen 65a, 65b vorzusehen.
In diesem Fall kann mit besonders einfachen Mitteln eine gegenläufige Drehbewegung
der Hubwellen 65a, 65b bewirkt werden.
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- 1
- Folie
- 2,
7, 10
- Arbeitsstationen
- 3,
8, 12
- Stationärteil/Oberwerkzeug
- 4,
9, 11
- Hubteil/Unterwerkzeug
- 5
- Platte
- 6
- Verpackungsmulde
- 15
- Montageschiene
- 50
- Hubeinrichtung/Hubtisch
- 51
- Führungsstangen
- 52
- Trägerstangen
- 53
- Befestigungsvorrichtung
- 54
- Aufhängepunkt
- 55
- Hubaktuator
- 61
- Führungsbuchsen
- 62
- Lager
- 63
- Stangen
- 63a/63b
- obere/untere
Enden von Stangen
- 64
- Ausleger
- 65a/65b
- erste/zweite
Hubwelle
- 66
- Joch
- 67a/67b
- erster/zweiter
Hebel
- 68
- Linearaktuator
- 69
- Pfeil
- 70
- Federmittel
- 71
- Draht