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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, die ein rotierendes Tragrad aufweist, auf dem mindestens zwei Bearbeitungsstationen angeordnet sind und das mindestens ein Versorgungselement für ein Betriebsmittel aufweist, das aus einer Drehkupplung und Anschlußleitungen ausgebildet ist.
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Derartige Drehkupplungen können zur Übertragung von elektrischer Energie, von Steuerungssignalen, von Überdruck, Unterdruck oder von flüssigen Betriebsmitteln, beispielsweise Wasser oder Öl verwendet werden. Darüber hinaus können die Drehkupplungen mit Verteilern kombiniert werden, die eine Versorgung der Mehrzahl von Bearbeitungsstationen vornehmen. Aus der
DE 101 42 988 A1 ist ein entsprechendes Versorgungselement für ein flüssiges Betriebsmittel bekannt.
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Die einleitend genannten Vorrichtungen werden beispielsweise zur Herstellung von blasgeformten Behältern eingesetzt. Die Versorgungselemente können dabei dazu verwendet werden, um eine mit der Durchführung des Blasvorganges koordinierte Zuleitung eines oder mehrerer Blasdrücke sowie eine Ableitung des Blasdruckes nach einer Ausformung des Behälters durchführen zu können.
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Bei einer derartigen Behälterformung durch Blasdruckeinwirkung werden Vorformlinge aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise Vorformlinge aus PET (Polyethylenterephthalat), innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen zugeführt. Typischerweise weist eine derartige Blasmaschine eine Heizeinrichtung sowie eine Blaseinrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte Vorformling durch biaxiale Orientierung zu einem Behälter expandiert wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der
DE 43 40 291 A1 erläutert.
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Der grundsätzliche Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung wird in der
DE 42 12 583 A1 beschrieben. Möglichkeiten zur Temperierung der Vorformlinge werden in der
DE 23 52 926 A1 erläutert.
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Die Blasstation ist beispielsweise auf einem rotierenden Blasrad angeordnet. Aus der
DE 101 53 045 A1 ist bekannt, zur Koordinierung der Steuerung mindestens zeitweise eine aktuelle Rotationspositionierung des Blasrades messtechnisch zu erfassen und die entsprechenden Messinformationen von einer Auswertungseinheit mit Schaltpositionsvorgaben für die Zufuhr und Ableitung des Blasfluids zu vergleichen.
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Innerhalb der Vorrichtung zur Blasformung können die Vorformlinge sowie die geblasenen Behälter mit Hilfe unterschiedlicher Handhabungseinrichtungen transportiert werden. Bewährt hat sich insbesondere die Verwendung von Transportdornen, auf die die Vorformlinge aufgesteckt werden. Die Vorformlinge können aber auch mit anderen Trageinrichtungen gehandhabt werden. Die Verwendung von Greifzangen zur Handhabung von Vorformlingen und die Verwendung von Spreizdornen, die zur Halterung in einen Mündungsbereich des Vorformlings einführbar sind, gehören ebenfalls zu den verfügbaren Konstruktionen.
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Die bereits erläuterte Handhabung der Vorformlinge erfolgt zum einen bei den sogenannten Zweistufenverfahren, bei denen die Vorformlinge zunächst in einem Spritzgußverfahren hergestellt, anschließend zwischengelagert und erst später hinsichtlich ihrer Temperatur konditioniert und zu einem Behälter aufgeblasen werden. Zum anderen erfolgt eine Anwendung bei den sogenannten Einstufenverfahren, bei denen die Vorformlinge unmittelbar nach ihrer spritzgußtechnischen Herstellung und einer ausreichenden Verfestigung geeignet temperiert und anschließend aufgeblasen werden.
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Im Hinblick auf die verwendeten Blasstationen sind unterschiedliche Ausführungsformen bekannt. Bei Blasstationen, die auf rotierenden Transporträdern angeordnet sind, ist eine buchartige Aufklappbarkeit der Formträger häufig anzutreffen. Es ist aber auch möglich, relativ zueinander verschiebliche oder andersartig geführte Formträger einzusetzen. Bei Blasstationen, die insbesondere dafür geeignet sind, mehrere Kavitäten zur Behälterformung aufzunehmen, werden neben aufklappbaren Formen auch parallel zueinander angeordnete Platten als Formträger verwendet.
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Bei der Verwendung der bekannten Versorgungselemente besteht das Problem, dass diese eine Installationsfläche in einer Umgebung der Drehachse des rotierenden Tragrades beaufschlagen, so dass eine Anordnung mehrerer Versorgungselemente übereinander mit zentraler Führung der Zuleitungen nur für zwei Versorgungselemente möglich ist, bei denen die Zuleitungen bei einem Versorgungselement von oben und beim zweiten Versorgungselement von unten verlegt sind. Eine Anordnung weiterer Drehverbindungen ist hierdurch problematisch. Dies erschwert eine kompakte Konstruktion der rotierenden Tragräder.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, dass eine Verwendung von mehreren Versorgungselementen und mindestens einer weiteren Drehverbindung erleichtert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Tragrad zusätzlich zur Drehkupplung eine kontaktlose Drehverbindung zur Signalübertragung aufweist, die mindestens bereichsweise kreisringartig ausgebildet ist und sich wenigstens bereichsweise um eine Durchgangsöffnung herumerstreckt sowie bei der innerhalb der Durchgangsöffnung wenigstens ein Teil eines Versorgungselementes angeordnet ist.
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Durch die Ausbildung der Drehverbindung zur Signalübertragung als ein Bauelement, das sich um eine Durchgangsöffnung herumerstreckt, ist es möglich, entweder die Drehkupplung selbst oder mit der Drehkupplung in Verbindung stehende Anschlussleitungen im Bereich der Durchgangsöffnung anzuordnen. Hierdurch ist eine sehr kompakte Konstruktion möglich. Die Bereitstellung einer kontaktlosen Drehverbindung zur Signalübertragung ermöglicht es darüber hinaus, wenigstens einen überwiegenden Teil der verwendeten Steuereinrichtung stationär außerhalb des Tragrades anzuordnen und hierdurch das Gewicht der rotierenden Bauteile und somit die abzubremsende und zu beschleunigende Masse zu verringern. Darüber hinaus bestehen auch geringere Anforderungen an die mechanische Festigkeit der eingesetzten Steuerungselemente, so dass ein verminderter Preis der Vorrichtung erreicht wird. Da gegenwärtig häufig die Steuerungselemente oberhalb des rotierenden Tragrades angeordnet sind, kann zusätzlich die Bauhöhe konventioneller Vorrichtungen vermindert werden.
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Eine sehr hohe Datenübertragungsrate wird dadurch unterstützt, dass die Drehverbindung zur optischen Datenübertragung ausgebildet ist.
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Ebenfalls können hohe Datenübertragungsraten dadurch realisiert werden, dass die Drehverbindung zur Datenübertragung unter Verwendung elektromagnetischer Wellen ausgebildet ist.
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Gemäß einer konstruktiven Variante ist vorgesehen, dass sich die Drehverbindung mindestens bereichsweise um Zuführleitungen des Versorgungselementes herumerstreckt.
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Darüber hinaus ist auch daran gedacht, dass sich die Drehverbindung mindestens bereichsweise um Ableitungselemente des Versorgungselementes herumerstreckt.
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Eine mechanisch besonders stabile und kompakte Anordnung kann dadurch bereitgestellt werden, dass sich die Drehverbindung mindestens bereichsweise um die Drehkupplung herumerstreckt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist daran gedacht, dass die Bearbeitungsstationen zur Bearbeitung von Behältern ausgebildet sind.
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Insbesondere ist es möglich, dass die Bearbeitungsstationen zur Bearbeitung von thermoplastischen Behältern ausgebildet sind.
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Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet wird dadurch definiert, dass die Bearbeitungsstationen zur Bearbeitung von flaschenförmigen Behältern ausgebildet sind.
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Eine Anwendung bei Hochleistungsmaschinen kann dadurch erfolgen, dass das Tragrad als Rad einer Blasmaschine ausgebildet ist.
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Eine weitere Ausführungsvariante besteht darin, dass das Tragrad als Rad einer Plasmabeschichtungsmaschine ausgebildet ist.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet wird dadurch erschlossen, dass das Tragrad als Rad einer Füllmaschine ausgebildet ist.
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Zur Integration der kontaktlosen Drehverbindung in eine Maschinensteuerung wird vorgeschlagen, dass die Drehverbindung zur Übertragung von Steuersignalen ausgebildet ist.
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Zur Realisierung einer Maschinenregelung ist auch daran gedacht, dass die Drehverbindung zur Übertragung von Messwerten ausgebildet ist.
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Eine Reduktion der rotierenden Masse im Bereich des Tragrades kann dadurch erfolgen, dass eine Steuerung für die Bearbeitungsstation mindestens teilweise stationär außerhalb des Tragrades angeordnet und über die Drehverbindung mit Aktoren im Bereich der Bearbeitungsstation verbunden ist.
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Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, dass eine Steuerung für die Bearbeitungsstation mindestens teilweise stationär außerhalb des Tragrades angeordnet und über die Drehverbindung mit Sensoren im Bereich der Bearbeitungsstation verbunden ist.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 Eine perspektivische Darstellung einer Blasstation zur Herstellung von Behältern aus Vorformlingen,
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2 einen Längsschnitt durch eine Blasform, in der ein Vorformling gereckt und expandiert wird,
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3 eine Skizze zur Veranschaulichung eines grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung zur Blasformung von Behältern,
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4 eine modifizierte Heizstrecke mit vergrößerter Heizkapazität,
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5 eine schematische Darstellung einer ringartigen kontaktlosen Drehkupplung,
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6 eine gegenüber 5 abgewandelte Konstruktion und
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7 eine Seitenansicht einer kombinierten Anordnung eines Versorgungselementes sowie einer kontaktlosen Drehverbindung zur Signalübertragung im Bereich eines rotationsfähigen Tragrades.
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Eine Anwendung der kontaktlosen Drehverbindung zur Signalübertragung kann beispielsweise bei einer Vorrichtung zur Blasformung erfolgen. Der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Umformung von Vorformlingen (1) in Behälter (2) ist in 1 und in 2 dargestellt.
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Die Vorrichtung zur Formung des Behälters (2) besteht im Wesentlichen aus einer Blasstation (3), die mit einer Blasform (4) versehen ist, in die ein Vorformling (1) einsetzbar ist. Der Vorformling (1) kann ein spritzgegossenes Teil aus Polyethylenterephthalat sein. Zur Ermöglichung eines Einsetzens des Vorformlings (1) in die Blasform (4) und zur Ermöglichung eines Herausnehmens des fertigen Behälters (2) besteht die Blasform (4) aus Formhälften (5, 6) und einem Bodenteil (7), das von einer Hubvorrichtung (8) positionierbar ist. Der Vorformling (1) kann im Bereich der Blasstation (3) von einem Transportdorn (9) gehalten sein, der gemeinsam mit dem Vorformling (1) eine Mehrzahl von Behandlungsstationen innerhalb der Vorrichtung durchläuft. Es ist aber auch möglich, den Vorformling (1) beispielsweise über Zangen oder andere Handhabungsmittel direkt in die Blasform (4) einzusetzen.
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Zur Ermöglichung einer Druckluftzuleitung ist unterhalb des Transportdornes (9) ein Anschlusskolben (10) angeordnet, der dem Vorformling (1) Druckluft zuführt und gleichzeitig eine Abdichtung relativ zum Transportdorn (9) vornimmt. Bei einer abgewandelten Konstruktion ist es grundsätzlich aber auch denkbar, feste Druckluftzuleitungen zu verwenden.
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Eine Reckung des Vorformlings (1) erfolgt mit Hilfe einer Reckstange (11), die von einem Zylinder (12) positioniert wird. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, eine mechanische Positionierung der Reckstange (11) über Kurvensegmentedurchzuführen, die von Abgriffrollen beaufschlagt sind. Die Verwendung von Kurvensegmenten ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Blasstationen (3) auf einem rotierenden Blasrad angeordnet sind. Eine Verwendung von Zylindern (12) ist zweckmäßig, wenn ortsfest angeordnete Blasstationen (3) vorgesehen sind.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Recksystem derart ausgebildet, dass eine Tandem-Anordnung von zwei Zylindern (12) bereitgestellt ist. Von einem Primärzylinder (13) wird die Reckstange (11) zunächst vor Beginn des eigentlichen Reckvorganges bis in den Bereich eines Bodens (14) des Vorformlings (1) gefahren. Während des eigentlichen Reckvorganges wird der Primärzylinder (13) mit ausgefahrener Reckstange gemeinsam mit einem den Primärzylinder (13) tragenden Schlitten (15) von einem Sekundärzylinder (16) oder über eine Kurvensteuerung positioniert. Insbesondere ist daran gedacht, den Sekundärzylinder (16) derart kurvengesteuert einzusetzen, dass von einer Führungsrolle (17), die während der Durchführung des Reckvorganges an einer Kurvenbahn entlang gleitet, eine aktuelle Reckposition vorgegeben wird. Die Führungsrolle (17) wird vom Sekundärzylinder (16) gegen die Führungsbahn gedrückt. Der Schlitten (15) gleitet entlang von zwei Führungselementen (18).
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Nach einem Schließen der im Bereich von Trägern (19, 20) angeordneten Formhälften (5, 6) erfolgt eine Verriegelung der Träger (19, 20) relativ zueinander mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung (20).
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Zur Anpassung an unterschiedliche Formen eines Mündungsabschnittes (21) des Vorformlings (1) ist gemäß 2 die Verwendung separater Gewindeeinsätze (22) im Bereich der Blasform (4) vorgesehen.
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2 zeigt zusätzlich zum geblasenen Behälter (2) auch gestrichelt eingezeichnet den Vorformling (1) und schematisch eine sich entwickelnde Behälterblase (23).
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3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Blasmaschine, die mit einer Heizstrecke (24) sowie einem rotierenden Blasrad (25) versehen ist. Ausgehend von einer Vorformlingseingabe (26) werden die Vorformlinge (1) von Übergaberädern (27, 28, 29) in den Bereich der Heizstrecke (24) transportiert. Entlang der Heizstrecke (24) sind Heizstrahler (30) sowie Gebläse (31) angeordnet, um die Vorformlinge (1) zu temperieren. Nach einer ausreichenden Temperierung der Vorformlinge (1) werden diese an das Blasrad (25) übergeben, in dessen Bereich die Blasstationen (3) angeordnet sind. Die fertig geblasenen Behälter (2) werden von weiteren Übergaberädern einer Ausgabestrecke (32) zugeführt.
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Um einen Vorformling (1) derart in einen Behälter (2) umformen zu können, dass der Behälter (2) Materialeigenschaften aufweist, die eine lange Verwendungsfähigkeit von innerhalb des Behälters (2) abgefüllten Lebensmitteln, insbesondere von Getränken, gewährleisten, müssen spezielle Verfahrensschritte bei der Beheizung und Orientierung der Vorformlinge (1) eingehalten werden. Darüber hinaus können vorteilhafte Wirkungen durch Einhaltung spezieller Dimensionierungsvorschriften erzielt werden.
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Als thermoplastisches Material können unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden. Einsatzfähig sind beispielsweise PET, PEN oder PP.
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Die Expansion des Vorformlings (1) während des Orientierungsvorganges erfolgt durch Druckluftzuführung. Die Druckluftzuführung ist in eine Vorblasphase, in der Gas, zum Beispiel Pressluft, mit einem niedrigen Druckniveau zugeführt wird und in eine sich anschließende Hauptblasphase unterteilt, in der Gas mit einem höheren Druckniveau zugeführt wird. Während der Vorblasphase wird typischerweise Druckluft mit einem Druck im Intervall von 10 bar bis 25 bar verwendet und während der Hauptblasphase wird Druckluft mit einem Druck im Intervall von 25 bar bis 40 bar zugeführt.
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Aus 3 ist ebenfalls erkennbar, dass bei der dargestellten Ausführungsform die Heizstrecke (24) aus einer Vielzahl umlaufender Transportelemente (33) ausgebildet ist, die kettenartig aneinandergereiht und entlang von Umlenkrädern (34) geführt sind. Insbesondere ist daran gedacht, durch die kettenartige Anordnung eine im Wesentlichen rechteckförmige Grundkontur aufzuspannen. Bei der dargestellten Ausführungsform werden im Bereich der dem Übergaberad (29) und einem Eingaberad (35) zugewandten Ausdehnung der Heizstrecke (24) ein einzelnes relativ groß dimensioniertes Umlenkrad (34) und im Bereich von benachbarten Umlenkungen zwei vergleichsweise kleiner dimensionierte Umlenkräder (36) verwendet. Grundsätzlich sind aber auch beliebige andere Führungen denkbar.
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Zur Ermöglichung einer möglichst dichten Anordnung des Übergaberades (29) und des Eingaberades (35) relativ zueinander erweist sich die dargestellte Anordnung als besonders zweckmäßig, da im Bereich der entsprechenden Ausdehnung der Heizstrecke (24) drei Umlenkräder (34, 36) positioniert sind, und zwar jeweils die kleineren Umlenkräder (36) im Bereich der Überleitung zu den linearen Verläufen der Heizstrecke (24) und das größere Umlenkrad (34) im unmittelbaren Übergabebereich zum Übergaberad (29) und zum Eingaberad (35). Alternativ zur Verwendung von kettenartigen Transportelementen (33) ist es beispielsweise auch möglich, ein rotierendes Heizrad zu verwenden.
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Nach einem fertigen Blasen der Behälter (2) werden diese von einem Entnahmerad (37) aus dem Bereich der Blasstationen (3) herausgeführt und über das Übergaberad (28) und ein Ausgaberad (38) zur Ausgabestrecke (32) transportiert.
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In der in 4 dargestellten modifizierten Heizstrecke (24) können durch die größere Anzahl von Heizstrahlern (30) eine größere Menge von Vorformlingen (1) je Zeiteinheit temperiert werden. Die Gebläse (31) leiten hier Kühlluft in den Bereich von Kühlluftkanälen (39) ein, die den zugeordneten Heizstrahlern (30) jeweils gegenüberliegen und über Ausströmöffnungen die Kühlluft abgeben. Durch die Anordnung der Ausströmrichtungen wird eine Strömungsrichtung für die Kühlluft im Wesentlichen quer zu einer Transportrichtung der Vorformlinge (1) realisiert. Die Kühlluftkanäle (39) können im Bereich von den Heizstrahlern (30) gegenüberliegenden Oberflächen Reflektoren für die Heizstrahlung bereitstellen, ebenfalls ist es möglich, über die abgegebene Kühlluft auch eine Kühlung der Heizstrahler (30) zu realisieren.
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5 zeigt eine kontaktlose Drehverbindung (40) zur Signalübertragung, die ein ringartig konstruiertes Basiselement (41) sowie ein beim dargestellten Ausführungsbeispiel oberhalb des Basiselementes angeordnetes Korrespondenzelement (42) aufweist. Eines der Elemente (41, 42) ist als ein Sender und das andere Element (41, 42) als ein Empfänger ausgebildet. Die Datenübertragung kann beispielsweise optisch oder unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen erfolgen. Das Basiselement (41) begrenzt eine Durchgangsöffnung (43), in deren Bereich nicht dargestellte weitere Bauelemente angeordnet werden können.
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Gemäß der Ausführungsform in 6 ist das Korrespondenzelement (42) neben dem Basiselement (41) angeordnet. Auch hier kann einer Datenübertragung beispielsweise optisch oder unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen durchgeführt werden. Alternativ zur dargestellten Ausbildung des Basiselementes (41) als geschlossener Ring können am Rand der Durchgangsöffnung (43) auch separate Segmente des Basiselementes (41) angeordnet sein, die in geeigneter Weise miteinander zur Signalübertragung verkoppelt sind. Ebenfalls kann statt der Verwendung eines Korrespondenzelementes (42) ein Einsatz von mehreren Korrespondenzelementen (42) erfolgen.
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7 zeigt die Positionierung der Drehverbindung (40) im Bereich eines als Blasrad (25) ausgebildeten Tragrades. Im Bereich der Durchgangsöffnung (43) des Basiselementes (41) ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Versorgungselement (44) angeordnet, das als ein Drehverteiler für ein flüssiges Betriebsmittel ausgebildet ist. Das Korrespondenzelement (42) ist an eine Datenleitung (45) angeschlossen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Drehverbindung (40) als ein optischer Datenüberträger ausgebildet und die Datenleitung (45) ist als ein Lichtwellenleiter realisiert. Die Verwendung einer optischen Datenübertragung ermöglicht Datenübertragungsraten bis zu 10 Gbit/sek.
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7 zeigt einen in lotrechter Richtung oberen Bereich des in 3 dargestellten Blasrades (25). Das Versorgungselement (44) ist hier zur Zuführung von Druckluft ausgebildet. Eine Montageplatte (47) haltert den mitrotierenden Teil des Versorgungselementes (44) und stabilisiert Längssäulen (48) der Blasstation (3). Von den Blasstationen (3) sind jeweils Tragelemente (49) für die in der Zeichnung nicht mehr erkennbaren Bodenteile (7) dargestellt. Die Tragelemente (49) werden unter Verwendung einer Kurvensteuerung (50) positioniert. Die Kurvensteuerung (50) weist hierzu Kurvenrollen (51) auf, die entlang einer ortsfest angeordneten Steuerkurve (52) positioniert werden.
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Zu erkennen in 7 ist ebenfalls ein Steuerungskasten (53), der wenigstens einen Teil der für Steuerfunktionen auf dem Blasrad (25) erforderlichen elektrischen und elektronischen Komponenten aufnimmt. Der Steuerungskasten (53) ist über eine Verbindungsleitung (54) an das Basiselement (41) der Drehverbindung (40) angeschlossen.
