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Verfahren und Vorrichtung zum selbsttätigen Steuern einer Einstoßvorrichtung
für eine Verpackungsmaschine Bei Einstoßvorrichtungen u. dgl. tritt das Problem
auf, daß die in unregelmäßiger Folge eintreffenden und am Ende der Zuführbahn gegen
einen Anschlag auflaufenden, unter sich gleichartigen Gegenstände einer Verpackungsmaschine
zugeführt werden müssen. Hierbei muß dafür Sorge getragen werden, daß die Verpackungsmaschine
kontinuierlich arbeiten kann, obwohl die Gegenstände an sich in unregelmäßiger Folge
herantransportiert werden und sodann auf jeden Fall sicher ausgeschlossen ist, daß
die herangeführten Gegenstände vor der Verpackungsmaschine sich in übermäßig großer
Anzahl stauen, was eine Verstopfung der Fördereinrichtung zur Folge hätte. Zur Lösung
dieser Aufgabe ist es bekannt, an der Fördereinrichtung an geeigneten Stellen Kontakte
vorzusehen, die von den aufgestauten Gegenständen betätigt werden, sowie die Staulänge
der angestauten Gegenstände einen bestimmten Wert übersteigt. Durch diese Kontakte
wird im allgemeinen die Fördereinrichtung entweder stillgesetzt, bis die weiterarbeitende
Verpackungsmaschine die Staulänge auf einen unteren Minimalwert reduziert hat, oder
aber es wird die Fördereinrichtung auf eine andere niedrigere Geschwindigkeit umgeschaltet.
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Der Nachteil dieser bekannten Einrichtung liegt darin, daß der Verpackungsmaschine
eine bestimmte Staulänge zugeordnet werden muß, die um so größer ist, je höher die
Arbeitsgeschwindigkeit liegt, was einen erheblichen Platzbedarf erfordert und was
bei empfindlichen Gegenständen mit Schwierigkeiten verbunden sein kann, da die am
Anschlag liegenden Gegenstände einem bestimmten Staudruck ausgesetzt sind, der um
so größer wird, je größer die Staulänge ist. Daneben kann die Länge des Stauraumes
eine bestimmte Mindestgröße nicht unterschreiten, um die Totzeiten zu überbrücken,
die bei dem durch.die Kontakte erfolgenden Umschalten der Fördereinrichtung auftreten.
Schließlich hat sich gezeigt, daß die Kontakte nicht genügend sicher arbeiten, was
besonders bei schnell laufenden Verpackungsmaschinen zu Schwierigkeiten führt.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein neues äußerst präzise
und sicher arbeitendes Verfahren zur Steuerung einer Einstoßvorrichtung zu schaffen,
mit welcher in unregelmäßiger Folge eintreffende und am Ende einer Zuführbahn gegen
einen Anschlag auflaufende, unter sich gleichartige Gegenstände einzeln einer Verpackungsmaschine
zugeführt werden.
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Erfindungsgemäß werden die in unregelmäßiger Folge eintreffenden
Gegenstände durch an sich bekannte Abtastmittel einzeln registriert und die so gewonnenen
Informationen in Form addierender Im-
pulse einer digitalen Speichervorrichtung zugeführt
und in dieser gespeichert, und wird bei jedem Einstoßen eines Gegenstandes der Speichervorrichtung
ein subtrahierender Impuls zugeführt, der einen gespeicherten addierenden Impuls
löscht, und werden die Antriebsmittel der Einstoßvorrichtung in Abhängigkeit der
Anzahl der in jedem Augenblick von der Speichervorrichtung gespeicherten addierenden
Impulse derart geregelt, daß bei einer gegebenen Höchstfrequenz des Eintreffens
der Gegenstände die Anzahl der auf der Zuführbahn zwischen den Abtastmitteln und
dem Anschlag angesammelten Gegenstände dauernd innerhalb vorbestimmter Grenzen liegt.
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Dieses Verfahren ist für moderne schnell arbeitende Verpackungsmaschinen
geeignet. Es verzichtet auf die Verwendung von Kontakten und gestattet es, die Einstoßmittel
in ihrer Geschwindigkeit kontinuierlich an die Häufigkeit der eintreffenden Gegenstände
anzupassen.
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Da die einzelnen Gegenstände beim Durchlaufen durch die die Abtastmittel
bildende Lichtschranke einzeln abgezählt und in einem Speicherwerk digital aufsummiert
werden und von der so gebildeten Summe des Speicherwerks bei jedem Einstoßen eines
Gegenstandes eine Einheit abgezogen wird, zeigt der im Speicher stehende Summenwert
jeweils die Anzahl der zwischen den Abtastmitteln und dem Anschlag befindlichen
Gegenstände an.
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Durch die Steuerung der Antriebsmittel der Einstoßvorrichtung in
Abhängigkeit von dem im Speicher stehenden Summenwert, d. h. der Anzahl der Gegenstände,
die sich jeweils zwischen dem Anschlag und den Abtastnitteln befinden, wird eine
Überfüllung der Fördereinrichtung oder ein Leerlauf der Verpackungsmaschine sicher
verhütet, während gewährleistet ist, daß die durch die Unregelmäßigkeit des Eintreffens
der Gegenstände bedingte Ungleichförmigkeit ausgeglichen wird, da die Einstoßvorrichtung
sich selbsttätig an die Eintrefffrequenz der Gegenstände anpaßt und einen kontinuierlichen
Mittelwert bildet. Darum ist das neue Verfahren insbesondere für sehr schnell laufende
Verpackungsmaschinen geeignet, bei denen die Anordnung des üblichen Stauraumes und
der durch die aufgestauten Gegenstände betätigten Kontakte grundsätzlich unbefriedigend
ist, da bei einem Anhalten der Fördereinrichtung die Staulänge sehr rasch abnehmen
würde, so daß sich ein dauerndes Ein- und Ausschalten der Fördereinrichtung ergäbe,
das einem Pendeln der Anlage gleichkäme.
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Die Verwendung einer digitalen Speichervorrichtung gestattet es,
die eintreffenden Gegenstände einzeln abzuzählen und das Ergebnis nach der Subtraktion
der ebenfalls einzeln gezählten eingestoßenen Gegenstände als diskrete Zahl zu speichern.
Da die Steuerung des Antriebs der Einstoßvorrichtung in Abhängigkeit von der im
Speicher stehenden berechneten Zahl - die der Anzahl der zwischen den Abtastmitteln
und dem Anschlag befindlichen Gegenstände entspricht - geschieht, erübrigt sich
grundsätzlich die Anordnung eines Stauraumes oder einer sonstigen, von den konkreten
Abmessungen der Gegenstände abhängigen Vorrichtung. Es genügt vielmehr, der Speichervorrichtung
jeweils nur in Gestalt diskreter Impulsfolgen die Anzahl der unter den Abtastmitteln
durchlaufenden und der von den Einstoßmitteln eingestoßenen Gegenstände mitzuteilen,
so daß die Vorrichtung in der Lage ist, diese beiden Zahlen fortlaufend mathematisch
zu kombinieren und das für die Steuerung des Antriebs der Einstoßvorrichtung erforderliche
Ergebnis zu bilden.
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Da es bei einer Einstoßvorrichtung darauf ankommt, einzeln hintereinander
ankommende Gegenstände abzuzählen, ist eine digitale Speichervorrichtung, die in
der Lage ist, diskrete Impulse zu verarbeiten, besonders vorteilhaft. Ein analoges
Speicherwerk würde voraussetzen, daß die Speicherlänge mittels einer analogen Größe
- beispielsweise mittels eines Getriebes oder eines Druckes - abgebildet wird, was
wesentlich zu umständlich und auch nur schwer zu erreichen wäre. Auch würde die
Heranziehung einer derart gebildeten analogen Größe zur Steuerung der Maschine erhebliche
technische Schwierigkeiten und einen beträchtlichen konstruktiven Aufwand bedingen.
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Wohl werden bei Verpackungsmaschinen Speicherwerke auch heute schon
benutzt, doch geschieht dies ausnahmlos für andere Aufgaben als solchen, wofür sie
bei dem neuen Verfahren eingesetzt werden. So ist eine Anordnung zur Speicherung
von Steuerimpulsen bei Kontrolivorrichtungen an Verpackungs- und ähnlichen Maschinen
mit einer Mehrzahl von Arbeitsstellen bekannt, bei der Speichersteuerwerke verwendet
werden, um Steuerimpulse, die von mechanischen, elektrischen oder elektrooptischen
Tast- oder Prüfgeräten ausgehen, erst nach einer bestimmten
Anzahl von Schaltschritten
der Fördereinrichtung auszuwerten. Die Aufgabe dieser Anordnung liegt darin, den
Steuerimpuls, der beispielsweise eine Information dafür ist, daß ein Paket nicht
richtig aufgefüllt ist, während einer vorbestimmten Anzahl von Schaltschritten aufzuspeichern,
damit die ungenügend gefüllte Verpackung erst an späterer Stelle ausgeschieden wird.
Diese im Prinzip altbekannte Anordnung kann nur registrieren, nicht aber zusammenzählen
oder subtrahieren. Auch dient die Speichervorrichtung demgemäß nicht zur Regelung
der Arbeitsgeschwindigkeit einer Einstoßvorrichtung in Abhängigkeit der Frequenz
der zugeführten Gegenstände.
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Daneben sind eine Vielzahl der bereits eingangs erwähnten Vorrichtungen
bekannt, die mit einer Überwachung der Staulänge arbeiten und über kein Speicherwerk
verfügen. Solche Vorrichtungen finden für die Herstellung von Büchsen oder die Zuteilung
von Zündholzschachtelhälften Verwendung, doch werden sie auch für Etikettiermaschinen
oder selbsttätig arbeitende Fördereinrichtungen zum Fördern von Gebäck verwendet.
Bei einer Reihe dieser bekannten Vorrichtungen erfolgt daneben eine Steuernng der
Geschwindigkeit der Fördereinrichtung in Abhängigkeit von der Staulänge, was, wie
bereits erwähnt, bei sehr schnell laufenden Maschinen zu einem Pendeln führen kann.
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Die Erfindung hat des weiteren auch eine Vorrichtung zur Durchführung
des neuen Verfahrens zum Gegenstand. Diese Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß
aus durch Abtastmittel zum einzelnen Registrieren von auf einer Zuführbahn eintreffenden
Gegenständen, durch eine digitale Speichervorrichtung zur Speicherung von durch
die Abtastmittel ausgelösten addierenden Impulsen, durch mit einer Einstoßvorrichtung
gekoppelte Impulserzeugungsmittel, die bei jeder Einstoßbewegung zwecks Löschung
eines gespeicherten addierenden Impulses einen subtrahierenden Impuls an die Speichervorrichtung
abgeben und durch auf die Antriebsmittel der Einstoßvorrichtung einwirkende Regelmittel,
welche derart mit der Speichervorrichtung zusammengeschaltet sind, daß die Regelmittel
entsprechend der Anzahl der gespeicherten addierenden Impulse selbsttätig eingestellt
werden.
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Der Impulsspeicher kann mit Vorteil als Planeten-Differentialgetriebe
mit einem zentralen Sonnenrad und zwei einerseits mit diesem und andererseits mit
einem innen verzahnten Zahnkranz kämmenden Planetenrädern ausgebildet sein. Dem
Speicher werden die einzelnen, der Anzahl der eintreffenden Gegenstände entsprechenden
diskreten Impulsfolgen elektromagnetisch über ein Schrittschaltwerk mit dem einen
Vorzeichen und die der Anzahl der eingestoßenen Gegenstände entsprechenden diskreten
Impulsfolgen rein mechanisch mit dem entgegengesetzten Vorzeichen über ein Schneckenrad
zugeführt. Die Impulsspeicherung erfolgt durch einen die Achse der beiden Planetenräder
verbindenden Steg, der jeweils nur einzelne, diskrete Winkellagen einnehmen kann,
welche einer bestimmten ganzen Zahl von im Speicher entthaltenden Impulse entsprechen,
die ziffernmäßig der Anzahl der zwischen dem Auflaufpunkt und den Abtastmitteln
vorhandenen Gegenständen entspricht. Da die einzelnen diskreten Winkellagen des
Steges, d. h. die gespeicherten addierenden Impulse ganz bestimmten diskreten Schaltstellungen
der Drehzahleinstellvorrichtung
entsprechen, wird die Drehzahl
des Antriebs der Einstoßvorrichtung je nach dem Speicherzustand gesteuert.
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Das neue Verfahren gewährleistet, daß bei der entsprechenden Vorrichtung
die Frequenz der Stößelbewegungen der Einstoßvorrichtung automatisch der Häufigkeit
der eintreffenden Gegenstände angepaßt ist und der Abstand zwischen den einzelnen,
eingestoßenen Gegenständen konstant gehalten wird, bohne daß hierzu mechanische
Abtastmittel erforderlich wären. Darüber hinaus können, ohne daß die Betriebssicherheit
der entsprechenden Vorrichtung in irgendeiner nachteiligen Weise beeinflußt wird,
auch bei hohen Geschwindigkeiten sehr kurz aufeinanderfolgende ankommende Gegenstände
verarbeitet werden, während es ohne weiteres möglich ist, eine Feinregulierung der
Transportgeschwindigkeit in einem weiten Regelbereich zu erzielen.
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Das Verfahren nach der Erfindung und die Vorrichtung sind nachstehend
unter Beizug der Zeichnung erläutert: F i g. 1 zeigt schematisch einen Teil der
Vorrichtung, und zwar die Zuführbahn, den Anschlag und die Abtastmittel; Fig. 2
veranschaulicht die restlichen Teile dieser Vorrichtung, insbesondere die Speichervorrichtung
und die Mittel zum Einstoßen der Gegenstände in eine auf der Zeichnung nicht ersichtliche
Verpackungsmasohine.
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Die Zuführbahn wird durch ein mit gleichmäßiger Geschwindigkeit um
eine Rolle 3 laufendes Förderband 2 gebildet, auf dessen Anfang die unter sich gleichartigen
Gegenstände 1 in unregelmäßiger Folge aufgelegt werden. Das Band 2 transportiert
die Gegenstände 1 in Richtung gegen einen Anschlag 4, vor dem sie sich aufstauen.
Zwecks Registrierung der eintreffenden Gegenstände sind knapp über der Höhe des
oberen Trums des Bandes 2 eine Lichtquelle 5 und eine Photozelle7 angeordnet. Bei
Durchlaufen eines Gegenstandes durch den von der Lichtquelle 5 ausgehenden Lichtstrahl
6 wird dieser kurzzeitig unterbrochen und jeder Gegenstand durch die Photozelle
7 einzeln registriert.
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An die Photozelle 7 ist ein Verstärker 8 angeschlossen, dessen Ausgang
mit einem Antriebsmagnet 9 eines Schrittschaltwerkes 10 verbunden ist.
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Das Schaltrad dieses Werks 10 sitzt starr auf einer Achsell, ebenso
wie ein Sonnenrad 12 eines Planeten-Differentialgetriebes. Letzteres enthält außerdem
zwei einerseits mit dem Sonnenrad 12 und andererseits einer Innenverzahnung eines
Zahnkranzes 15 kämmende Planetenräder 13, welche lose auf einem gegabelten Steg
14 sitzen. Auf einem Ansatz dieses Steges ist ein Kettenrad 31 aufgekeilt, über
das eine andererseits auf einem Kettenrad 30 aufliegende Kette 32 geführt ist. Durch
Verstellung des Steges 14 wird dermaßen die Einstellung eines die Drehzahl eines
Antriebsmotors 26 beeinflussenden Regeiwiderstandes 29 verändert. Mit 28 ist die
vom Motor 26 zum Regelwiderstand 29 führende Leitung bezeichnet. Dagegen ist in
der Zeichnung die den Motor speisende Kraftleitung weggelassen.
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Der Motor 26 dient zum Antreiben einer Einstoßvorrichtung, die sich
im wesentlichen aus einer über einen Riemen 27 angetriebenen Scheibe 18, einem bei
22 drehbar gelagerten, mit einem Gleitstein20 in eine eingefräste Kurvenbahn 19
greifenden Hebel 21 und ferner den Hebeln 23 und 24 zusammensetzt.
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Die Hebel 21 und 23 sind gegeneinander drehfest, während der Hebe124
in bezug auf den Hebe123 schwenkbar ist. Beim Drehen der Scheibe 18 führt der Hebel
21 innehalb den in der Zeichnung angegebenen Endlagen eine Schwenkbewegung aus,
wodurch sich der mittels geeigneter Führungen geführte Hebel 24 in die punktiert
angedeutete Endstellung bewegt und den direkt gegen den Anschlag 4 anliegenden Gegenstand
1 auf eine geneigte Bahn 25 schiebt, von wo der Gegenstand direkt von an sich bekannten
Organen einer Verpackungsmaschine übernommen wird. Auf einer Aohse 17 der Scheibe
18 sitzt noch ein mit einer Außenverzahnung des Zahnkranzes 15 kämmendes Schneckenrad
16. Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende: Jeder durch das
Transportband 2 zugeführte Gegenstand 1 verursacht ein kurzzeitiges Unterbrechen
des Lichtstrahls 6. Der Photozellenstrom wird somit unterbrochen, und es wird der
am Verstärker 8 liegende Magnet 9 kurzzeitig stromlos.
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Beim Wiedereinschalten verdreht er mittels eines Ankers und einer
daran sitzenden Klinke das Schaltrad des Schrittschaltweiks 10. Infolge der Verdrehung
des Sonnenrades 12 sind die Planetenräder 13 gezwungen, eine Umlaufbewegung über
eine geringe Strecke auszuführen. An dieser Bewegung nimmt der Steg 14 teil, was
zu einer Verstellung des Regelwiderstandes 29 führt. Andererseits wird bei jeder
vollen Umdrehung der Scheibe 18, d. h. bei jeder Einstoßbewegung, über die Weile
17 und das Schneckenrad 16 der Zahnkranz 15 so weit verstellt, daß die von den Planetenrädern
13 bei Registrierung eines Gegenstandes 1 durchgeführte Umlaufbewegung wieder rückgängig
gemacht wird. Das Schrittschaltwerk 10 gibt demnach positive Impulse mechanischer
Natur an den Getriebespeicher. Gleichzeitig kann dieser Speicher von der Einstoßvorrichtung
negative Impulse empfangen. Durch geeignete Wahl der tJbersetzungsverhältnisse zwischen
Zahnkranz 15 und Schneckenrad 16 und der Anzahl der Zähne des Schrittschaltwerkes
10 hat man es leicht in der Hand, dafür zu sorgen, daß sich die positiven und negativen
Impulse, sofern sie in gleicher Zahl eintreffen, gegenseitig aufheben. Selbstverständlich
muß die Höchstfrequenz der Zufuhr der Gegenstände 1 so sein, daß die Einstoßvorrichtung
imstande ist, bei der innerhalb des Regelbereiches des Widerstandes 29 auftretenden
Maximaldrehzahl des Motors 26 mindestens ebenso viel Gegenstände einzustoßen wie
die Höch.stzahl der im gleichen Zeitabschnitt am Anfang des Transportbandes 2 eintreffenden
Gegenstände.
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Zudem ist darauf zu achten, daß immer eine gewisse minimale Anzahl
von Gegenständen sich vor dem Anschlag 4 befindet. Dies bereitet keine Schwierigkeiten.
Man braucht lediglich die Speichereinrichtung derart voreinzustellen, daß der Motor
26 erst dann langsam drehen kann, wenn mehr Gegenstände zum Einstoßen bereit sind
als die genannte Minimalanzahl.
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Bei dieser Einstellung befindet sich der Impulsspeicher sozusagen
in Ruhestellung, weil die Einstoßvorrichtung nur so lange negative Impulse an ihn
abzugeben vermag, bis die positiven Impulse ausgelöscht sind, die nach dem Auflaufen
der genannten Mindestzahl von Gegenständen am Anschlag4 in den Speicher eingezählt
wurden. Beispielsweise kann man die Einstellung so vornehmen, daß die Anzahl der
zum Einstoßen bereitliegenden Gegenstände
immer zwischen 5 und
20 liegt, unabhängig von der Anzahl der innerhalb einer bestimmten Zeit den Lichtstrahl
6 unterbrechenden Gegenstände.
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Es braucht wohl nicht betont zu werden, daß innerhalb des Erfindungsgedankens
zahlreiche Ausführungen möglich sind. An Stelle des beschriebenen mechanischen Impulsspeichers
könnte man auch einen rein elektrischen oder einen teilweise elektrisch arbeitenden
Impulsspeicher verwenden, wie beispielsweise einen Impuls speicher mit zwei durch
elektrische Impulse angetriebenen Einzählwählern, und zwar einem Zähler für die
positiven Impulse und einem weiteren Wähler für die negativen Impulse. Mit Hilfe
geeigneter Vergleichsmittel könnte dann dauernd festgestellt werden, welches der
momentane Speicherzustand ist, d. h. wie viele negative Impulse für die Zurückführung
des Speichers in die Nullstellung benötigt werden. Von wesentlicher Bedeutung wäre
auch bei einer solchen Vorrichtung die Tatsache, daß die Antriebsmittel der Einstoßvorrichtung
in Funktion der momentan vom Impulsspeicher gespeicherten, positiven Impulse geregelt
wird.
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Es ist selbstverständlich, daß bei jedem Einstoßhub zwei oder mehr
Gegenstände gleichzeitig der Verpackungsmaschine zugeführt werden können, beispielsweise
bei der Speisung einer Zwillings-Verpackungsmaschine. In einem solchen Falle wäre
der Hebel 25 an seinem freien Ende entsprechend breit auszubilden, und es müßte
dank der Wahl geeigneter Übersetzungsverhältnisse zwischen der Scheibe 18 und dem
Zahnkranz 15 dafür Sorge getragen werden, daß bei jedem Umlauf der Scheibe 18 so
viel gespeicherte, positive Impulse gelöscht werden, wie Gegenstände bei jedem Hub
des Hebels 24 eingestoßen werden.