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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verpackungsmaschine, bei der
mindestens ein Werkzeug mit einem Mittel in eine abgesenkte und
in eine angehobene Stellung verschiebbar ist, wobei das Werkzeug
als Antrieb mindestens einen Elektrolinearantrieb aufweist.
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Heutzutage
werden Lebensmittel oftmals in Kunststoffverpackungen verpackt,
um diese haltbar zu machen. Das Herstellen und Befüllen der
Verpackungen geschieht in der Regel mit einer semikontinuierlichen
arbeitenden Verpackungsmaschine, bei der die Verpackungsmulde zunächst aus
einer Folie tiefgezogen, sodann mit dem zu verpackenden Gut befüllt und
anschließend
mit einer Deckelfolie versiegelt wird. Die so hergestellten Verpackungen
werden in einem letzten Schnitt auseinander geschnitten. Bei der
Herstellung der Verpackung müssen
Werkzeuge, beispielsweise wird die Tiefziehform, das Siegel- und/oder
Schneidwerkzeug vertikal bewegt werden, wobei insbesondere beim
Siegeln und Schneiden ganz erhebliche Kräfte auftreten. Der Antrieb
der oben genannten Werkzeuge erfolgte in der Vergangenheit in der
Regel mit Pneumatikzylindern, weil diese einfach und günstig zu
handhaben sind.
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Da
die Lebensmittel- aber auch die Medizintechnikindustrie immer höhere Hygienestandards
bei Verpackungsmaschinen und bei der die Verpackungsmaschine umgebende
Atmosphäre
fordert, haben sich pneumatisch angetriebene Zylinder als unvorteilhaft
erwiesen, weil zum einen die den Pneumatikzylinder betreibende Druckluft
insgesamt nicht keimfrei ist und zum anderen durch Schmierstoffe verunreinigt
sein kann.
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Es
war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verpackungsmaschine
zur Verfügung
zu stellen, die hygienischer ist als Maschinen gemäß dem Stand
der Technik.
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Gelöst wird
die Aufgabe erfindungsgemäß mit einer
Verpackungsmaschine, bei der mindestens ein Werkzeug mit einem Mittel
in eine abgesenkte bzw. in eine angehobene Stellung verschiebbar
ist, und bei der das Werkzeug als Antrieb mindestens einen Elektrolinearantrieb
aufweist.
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Es
war für
den Fachmann überaus
erstaunlich und nicht zu erwarten, dass diese Maschine wesentlich
höheren
hygienischen Standards genügt. Die
Verpackungsmaschine ist energetisch günstiger und geräuschärmer zu
betreiben als Verpackungsmaschinen gemäß dem Stand der Technik. Die
erfindungsgemäße Verpackungsmaschine
ist einfach und kostengünstig
herzustellen.
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Erfindungsgemäß weist
die Verpackungsmaschine als Antriebe für die darin vorhandenen Werkzeuge
einen Elektrolinearantrieb auf. Ein Elektrolinearantrieb im Sinne
der Erfindung ist ein Antrieb, bei dem die elektrische Energie in
eine Linearbewegung eines Kolben oder dergleichen umgesetzt wird.
Vorzugsweise ist der Elektrolinearantrieb ein Elektrozylinder, besonders
bevorzugt ein Zylinder mit einer Spindel, die mit einer Mutter zusammenwirkt.
Vorzugsweise besteht eine gewisse Vorspannung zwischen Mutter und
Spindel, so dass die Spindel bzw. die Mutter immer an einer bestimmten
Flanke des Gewindes anliegen. Diese Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weist ein besonders geringes Spiel auf.
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Der
Elektrolinearzylinder kann jedes beliebige Getriebe antreiben, beispielsweise
ein Kurbel-, Kurven- oder Gelenkgetriebe sowie eine Kombination
aus diesen Getriebearten. In einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verpackungsmaschine
treibt der Elektrolinearantrieb ein Kniehebelsystem an, dass wiederum
die Auf- und Abbewegung der jeweiligen Werkzeuge bewirkt.
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Ein
Werkzeug im Sinne der Erfindung ist jedes Werkzeug, das zur Herstellung
einer Verpackung dient und das auf- und abbewegt werden muss. Beispielsweise
ist das Werkzeug eine Tiefziehform, ein Siegelwerkzeug und/oder
ein Schneidwerkzeug. Bei einem Werkzeug im Sinne der Erfindung kann
sich unter- oder oberhalb der Folienbahn, aus der die Verpackungsmulde
hergestellt wird, befinden.
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Der
Elektrolinearantrieb kann auf jede dem Fachmann bekannte Art und
Weise gesteuert werden. Vorzugsweise wird der Elektrolinearantrieb,
insbesondere wenn es ein Elektrolinearzylinder ist, mit zwei Endabschaltern
betrieben, so dass er das jeweilige Werkzeug zwischen zwei Endstellungen
bewegt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Elektrolinearantrieb
und/oder das Mittel, das zwischen dem Elektrolinearantrieb und dem
Werkzeug angeordnet ist, mit einem Geber versehen, der die Position
des Antriebes bzw. Mittels an einen Computer übermittelt, der die Bewegung
des Werkzeuges basierend auf dessen Position regelt. Diese Regelung
erlaubt nicht nur das Werkzeug zwischen zwei Endpunkten zu verschieben,
sondern die angehobene bzw. abgesenkte Stellung beliebig einstellen
zu können.
Des weiteren ermöglicht
dieser Antrieb, dass die Geschwindigkeit des Linearantriebes zwischen
den beiden Stellungen gezielt veränderbar ist.
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Eine
Verpackungsmaschine im Sinne der Erfindung ist nicht nur ein Thermoformer,
bei dem die Verpackungsmulde durch Tiefziehen hergestellt und dann
befüllt
und mit einer Deckelfolie versiegelt wird, sondern auch ein sogenannter
Traysealer, bei dem bereits vorgeformte Verpackungsmulden mit einem Verpackungsgut
gefüllt
und danach mit einer Verpackungsfolie gesiegelt werden. Weiterhin
ist eine Verpackungsmaschine im Sinne der Erfindung auch ein sogenannter
Trayformer, bei dem lediglich Verpackungsmulden aus einer Folie
tiefgezogen und danach auseinander geschnitten werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der 1 und 2 erläutert. Diese
Erläuterungen
sind lediglich beispielhaft.
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1 zeigt
den prinzipiellen Aufbau einer Tiefziehverpackungsmaschine.
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2 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Kniehebelsystems 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
eines Mittels 50 gehoben bzw. gesenkt. Die Mittel 50 werden
im Folgenden auch als Hubtisch bezeichnet.
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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 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 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 den Trägerstangen 52 verbunden.
Die Jochs 66 können
jedoch auch axial verschieblich und auf einem Federelement gelagert sein,
um Foliendickenschwankungen auszugleichen und um zu vermeiden, dass
die Verpackungsmaschine bei einem zu großen Ausfwärtshub beschädigt wird.
Die Federkraft ist bei dieser Ausführungsform etwas größer als
die gewünschte
Siegel oder Schneidkraft. 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
mittels eines einen ersten Angriffspunkt und einen zweiten Angriffspunkt
aufweisenden Elektrozylinders 68 (Firma Parker Hannifin
GmbH Deutschland), 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 der 2 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 Elektrozylinder 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 Elektrozylinders 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
Elektrozylinders 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 Elektrozylinders 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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Der
Fachmann erkennt, dass der Elektrolinearantrieb alleine eingesetzt
werden kann, um die jeweiligen Werkzeuge in eine angehobene bzw.
abgesenkte Position zu bringen. Des weiteren erkennt der Fachmann,
dass der Elektrolinearantrieb mit jedem dem Fachmann geläufigen Getriebe,
beispielsweise einem Kurbel-, Kurven- oder Gelenkgetriebe sowie einer Kombination
dieser Getriebearten, zusammenwirken kann, dass eine Linearbewegung
in eine Auf- und Abbewegung umsetzt.
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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
- Elektrozylinder
- 69
- Pfeil
- 70
- Federmittel
- 71
- Draht