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Maschine zum Füllen und Verschließen von Beuteln aus thermoplastischem
Kunststoff Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Füllen und Verschließen von
Beuteln aus thermoplastischem Knpststoff, bestehend aus einem um eine senkrechte
Achse gleichförmig umlaufenden Drehkopf mit einer Mehrzahl von Fülleinrichtungen,
denen je eine mit Saugbacken zum Öffnen der Beutel zusammenwirkende Beutelhalterung
zugeordnet ist. Es ist eine Maschine dieser Art bekanntgeworden (USA.-Patentschrift
2 333 571), die zwei Drehköpfe aufweist, von denen der eine schrittweise und der
andere gleichförmig angetrieben wird, und zwar beide um vertikale Achsen. Der schrittweise
angetriebene Drehkopf weist eine Reihe kreisförmig angeordneter B eutelhalterungen
auf, während der sich gleichförmig drehende Drehkopf mehrere kreisförmig angeordnete
Fülleinrichtungen besitzt. In einer bestimmten Stellung des schrittweise angetriebenen
Drehkopfes wird den einzelnen Beutelhalterungen ein Karton zugeführt, der zu einer
Rechteckform geöffnet wird. Nach einem weiteren Schritt des entsprechenden Drehkopfes
wird in den Karton ein zusammengelegter Beutel eingesetzt.
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Nach einem weiteren Schritt des Drehkopfes erfolgt eine Übertragung
des mit dem Beutel versehenen Kartons auf den gleichförmig sich drehenden Drehkopf.
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Hier werden die beiden Ränder des Beutels im Bereich seiner Öffnung
von zwei Saugköpfen erfaßt und der Beutel ein wenig geöffnet. Das weitere Öffnen
erfolgt mittels zweier fingerartiger Greifer, die den Beutel so weit öffnen, daß
eine Fülldüse in ihn eingeführt werden kann. Nach dem Einführen dieser Fülldüse
wird durch diese Fülldüse in den Beutel Luft eingeblasen, durch die der Beutel auf
die notwendige, dem Karton entsprechende Größe aufgeblasen wird. Hierbei entsteht
im Beutel ein kleiner Überdruck, der die Abgabe von Ö1 aus der Fülldüse ermöglicht.
Das Öl wird mittels einer Pumpe zu den Fülldüsen befördert.
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Zufolge dieser komplizierten Ausbildung arbeitet diese bekannte Maschine
relativ langsam. Außerdem ist sie infolge der vielen Steuerungsteile teuer und störanfällig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Maschine zu
verbessern, insbesondere zu vereinfachen und so auszubilden, daß sie schnell und
zuverlässig arbeitet. Die Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von einer Maschine
der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zum Öffnen,
Halten und Wiederschließen der Beutel in bekannter Weise zwei mittels eines Nockens
und eines Stößels gegeneinander bewegbare, mit mehreren Saugbohrungen versehene
Saugbacken vorgesehen sind, die am Rande des .Beutels angreifen, wobei jede Saugbacke
drei Gruppen von Saugöffnungen aufweist, von denen die zentralen Gruppen über eine
zentrale Saugleitung und die beiden seitlichen Gruppen über seitliche Saugleitungen
an einen rotierenden, mit der Vakuumpumpe verbundenen Verteiler angeschlossen sind,
durch den die Saugluft derart steuerbar ist, daß beim Lostrennen der aneinanderliegenden
Beutelränder alle Gruppen der Saugöffnungen wirksam sind und beim nachfolgenden,
beschleunigten Auseinanderbewegen der Saugbacken nur die zentralen Gruppen beaufschlagt
sind.
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Es sind bereits zwei mittels eines Nockens und eines Stößels gegeneinander
bewegbare, mit mehreren Saugbohrungen versehene Saugbacken bekannt (deutsche Patentschrift
1 296), die zum Öffnen, Halten und Wiederschließen der Beutel dienen. Hierbei sind
aber zu beiden Seiten dieser Saugbacken zwei Klemmbackenpaare vorgesehen, die mittels
Zahngetrieben von den Saugbacken gesteuert werden. Diese Klemmbackenpaare klemmen
die beiden Seitenränder des Beutels fest und unterstützen durch ihre Querbewegung
das Öffnen und Wiederschließen des Beutels.
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Solche Klemmbacken fallen bei der erfindungsgemäßen Maschine fort.
Bei der erfindungsgemäßen Maschine sind die Saugbacken mit drei Gruppen von Saugöffnungen
versehen. Dadurch, daß zunächst alle Saugöffnungsgruppen wirksam sind, werden die
Beutelränder mit Sicherheit voneinander getrennt, und zwar zunächst langsam, um
die Beutel zu schonen. Bei dem nachfolgenden, schnellen vollständigen Öffnen des
Beutels sind nur die zentralen Saugöffnungsgruppen wirksam, so daß die Seitenteile
des Beutels durch die seitlichen Gruppen nicht beansprucht, sondern geschont werden.
Die erfindungsgemäße Maschine hat den Vorteil, daß sie einen relativ einfachen Aufbau
aufweist und daß mit ihr in der gleichen Zeit wesentlich mehr Beutel gefüllt und
verschlossen werden können als mit den bekannten Maschinen dieser Art.
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Außerdem werden die Beutel geschont.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der rotierende Verteiler
konzentrisch zueinander und im Abstand voneinander liegende, im Maschinengestell
vorgesehene ringförmige Nuten und im Drehkopf angeordnete Löcher auf, die mit den
Saugleitungen verbunden sind, und in den Saugleitungen sind Ventile sowie Membranen
so angeordnet, daß beim Nichthaften der Beutelränder an den Saugbecken die Saugleitungen
durch die Ventile geschlossen werden und die Membranen auf eine Klinke einwirken,
durch die die entsprechende Füllvorrichtung gesperrt wird. Dadurch wird mit Sicherheit
verhindert, daß die Füllvorrichtung Füllgut abgibt, wenn der Beutel nicht ordnungsgemäß
geöffnet ist.
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Zum schnellen Verschließen ordnungsgemäß gefüllter Beutel ist eine
Thermoschweißvorrichtung vorgesehen, die zwei gegeneinander bewegbare Schweißbacken
mit Vorsprüngen aufweist, die zum Zusammenpressen der Beutelränder dienen und mit
Löchern versehen sind, in welchen sich elektrische Heizwiderstände befinden. Zum
Kühlen der Schweißverbindung dient eine Kühlvorrichtung, die zur Vereinfachung der
Fertigung und der Montage den gleichen Aufbau aufweist wie die Thermoschweißvorrichtung,
jedoch lediglich mit dem Unterschied, daß durch die Löcher ein Kühlmittel hindurchströmt.
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Um ein Festhaften der Beutelränder an den Schweiß backen zu verhindern,
können die Vorsprünge der Schweißbacken mit einem Belag aus wärmebeständigem Material,
vorzugsweise aus Kunststoff, z. B. Tetra-Ruoräthylen od. dgl., versehen sein.
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Zur weiteren Vereinfachung der Fertigung und der Montage der erfindungsgemäßen
Maschine sind die Thermoschweißvorrichtung, die Kühlvorrichtung, eine Ausladevorrichtung
für die geschlossenen Beutel und eine Greifervorrichtung für die leeren Beutel auf
einer konzentrisch zum Drehkopf angeordneten, von einem Nocken gesteuerten Schwingplatte
befestigt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 einen axialen Schnitt durch die Maschine, F i g. 2 einen Grundriß
der Maschine von oben gesehen, Fig. 3 einen Grundriß einer hin- und herschwingenden
Platte, Fig.4 einen Querschnitt durch eine Dosiervorrichtung, F i g. 5 eine Frontansicht
einer Saugbacke; Fig. 6 a und 6b zeigen im Querschnitt ein Saugbackenpaar mit den
dazugehörigen Organen, in Fig. 7 sind im Grundriß die verschiedenen Stationen eines
Drehkopf es mit den Organen zum Verteilen des Unterdrucks an jede Station dargestellt;
F i g. 8 zeigt schematisch den Aufbau der Organe zur Verteilung des Unterdrucks
an die einzelnen Stationen.
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Der Drehkopf 1 ist um den am Maschinengestell 2 gelagerten Hauptzapfen
20 (Drehachse A-B) gleichförmig drehbar. An der Peripherie des Drehkopfes 1 sind
Füllstationen 3, 3 a, 3 b, 3 c usw. (Fig. 2 und 7) befestigt. Jede Station ist an
ihrem unteren Teil mit zwei Saugbacken 4, 5 versehen, welche gegenseitig aneinander
angenähert und voneinander entfernbar sind. Sie dienen zum Ergreifen, Öffnen und
Festhalten der Ränder 6 a, 6b der zu füllenden Beutel 6 (F i g. 4).
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Oberhalb jedes Saugbackenpaares 4, 5 ist eine Dosiervorrichtung 8
(F i g. 1 und 4) vorgesehen, welche von einem im höchsten Teil der Maschine angeordne-
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Speicherbehälter 9 gespeist wird. Bei Flüssigkeiten wie Milch und anderen Getränken
erfolgt die Speisung durch biegsame Röhren 10. Am unteren Teil jeder Dosiervorrichtung
ist ein horizontal verschieblicher Schieber 11 vorgesehen (F i g. 4), mit welchem
der Zylinderraum 34 der Dosiervorrichtung ab wechselnd mit der Zuflußleitung 12,
10 oder mit der Abflußleitung 13 in Verbindung zu setzen ist, welche die Flüssigkeit
in den darunter befindlichen, von den Saugbacken 4, 5 geöffnete Beutel 6 leitet.
Es sind ebenso viele Dosiervorrichtungen 8 wie Füllstationen 3, 3 a, 3b vorhanden.
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Unmittelbar unterhalb des Drehkopfes 1 ist eine Schwingplatte 14
angeordnet, an welcher eine Station 73 zur Zufuhr der leeren Beutel, eine Thermoschweißvorrichtung
16, eine Kühlvorrichtung 17 für die geschweißten Beutel und eine Ausladevorrichtung
18 zum Entfernen der gefüllten Beutel befestigt sind.
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Durch den zur Antriebswelle 21 koaxialen Nocken 19 wird der Schwingplatte
14 eine hin- und herschwingende Bewegung erteilt. Durch die gleiche Antriebswelle
21 wird der Drehkopf 1 in gleichförmige Drehbewegung versetzt, hierzu kämmt ein
Ritzel 22 am Ende der Antriebswelle 21 mit einem Zahnkranz 23 am Drehkopf. Die Antriebswelle
21 wird durch das Untersetzungsgetriebe 25 vom Motor 24 angetrieben; Mit 26 ist
eine Vakuumpumpe bezeichnet.
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Während der Schwingbewegungen der Platte 14 folgen die an ihr befindlichen
Vorrichtungen 73, 16, 17, 18 für eine gewisse Strecke der gleichförmigen Drehbewegung
des Drehkopfes 1, um dann in ihre Ausgangsstellung zurückzukehren. Die Schwingplatte
14 folgt der gleichförmigen Drehbewegung des Drehkopfes 1 für die Zeit, die für
ein Arbeitsspiel erforderlich ist, nämlich für das Einführen eines Beutels, das
Thermoschweißen, das Kühlen des geschweißten Beutels und das Ausladen. Dieser Bogen
entspricht zwei Dritteln des Bogenabstandes von einer Füllstation zur nächsten.
Im Fall der Fig. 2 sind zehn Füllstationen vorgesehen, hierbei folgt die Schwingplatte
14 also zwei Dritteln einer Zehntelumdrehung, nämlich 240; der gleichförmigen Drehung
des Drehkopfes. Während sich der Drehkopf um weitere 120 bis zur nächsten Füllstation
weiterdreht, kehrt die Platte 14 in ihre Anfangsstellung zurück.
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Am Maschinengestell 2 ist ein Nocken 27 befestigt, welcher mit Rollen
oder Stößeln 28 (Fig. 6b, 7) zusammenwirkt. Die Stößel 28 sind mit je einem hohlen
rohrförmigen Tragstück29 fest verbunden, welches eine bewegliche Backe 5 trägt und
in einer am Drehkopf 1 befestigten Büchse 30 teleskopisch gleitbar ist.
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Die Nocken 27 haben die Aufgabe, die Backen 4, 5 zu öffnen und zu
schließen.
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Das rohrförmige Tragstück 29 dient als Leitung 31 für das Vakuum,
welches sich durch eine Leitung 32 fortpflanzt und damit einen Sog auf die Ränder
der Beutel 6 ausübt, wodurch die Beutelränder an den Saugbacken 4, 5 haften.
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Am Maschinengestell 2 sind Nocken 33, 33 a vorgesehen, die den Schieber
11 zum Einfüllen der Flüssigkeit in die Beutel öffnen bzw. schließen.
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Jeder Schieber 11 kann zwei verschiedene Stellungen einnehmen (F
i g. 4). In der rechten Endstellung ist der Zylinderraum 34 über eine Öffnung 36
und eine mit ihr fluchtende Öffnung 35 im Schieber 11 mit dem Füllröhrchen 13 verbunden,
so daß die Flüssigkeit in den Beutel 6 fließt. In der linken Endstellung verbindet
der Schieber 11 über seine Öffnung 35 den
Zylinderraum 34 über Öffnungen
37, 39 mit der Zufuhrleitung 12. In dieser Stellung füllt sich die Dosiervorrichtung
bis zur Höhe eines Kolbens 40, dessen Stellung in dem Zylinder 8 nach Belieben einstellbar
ist, in dem geeichte Büchsen 91 ausgetauscht werden.
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Die Länge der Büchse 91 bestimmt den Inhalt des Beutels.
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Während des Füllens eines Beutels 6 senkt sich die Dosiervorrichtung
ab. Hierzu gleitet ein Stößel 71 auf einer Nockenbahn 70, die einen unteren Teil
70 a und einen oberen Teil 70 b hat. Der Stößel 71 ist an einem Teleskoprohr 84
befestigt, welches die Fülleinrichtung trägt. Das Teleskoprohr84 ist von einem Rohr
43 geführt. In einer oberen Stellung greift ein Anschlag 44 des Tragrohres 84 an
einer Klinke 45 an.
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Jede Saugbacke 4, 5 hat an ihrer Frontseite eine Reihe von mittleren
Öffnungen 46, welche mit den Leitungen 32 in Verbindung stehen (F i g. 5) und zwei
Gruppen von seitlichen Öffnungen 47, die mit einer Leitung 89 (Fig. 7 und 8) in
Verbindung stehen.
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F i g. 8 zeigt das Schema der Verbindung der Ansaugleitungen, welche
von der Vakuumpumpe 26 ausgehen und die verschiedenen Organe steuern. Eine Hauptleitung
50 führt zu Ringnuten 51, 52, 53 (Fig. 7 und 8) am Gestell 2, welche Nuten in bestimmten
Winkelstellungen der Backen 4, 5 mit Löchern 54, 55, 56 in Verbindung stehen. Wenn
sich ein Saugbackenpaar 4, 5 in der Füllstellung befindet, steht das Loch 55, von
dem die Leitung 32 ausgeht, mit der ringförmigen Nut 52 in Verbindung. Das Vakuum
pflanzt sich über die Leitung 32 und das Halteventil 58 zu den zentralen Saugöffnungen
46 der Backe 4 fort. Die Beutelränder werden angesaugt und die Löcher 46 hierdurch
abgeschlossen. Das Vakuum kann sich in eine Leitung 60 fortpflanzen, so daß eine
Membran 61 und damit die Klinke 45 eingezogen werden.
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Die Dosiervorrichtung 8 kann dann nach unten absinken.
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Sollte der Beutel infolge einer Betriebsstörung nicht vorhanden sein,
so wären die Löcher 46 nicht verschlossen, und der Sog würde eine Kugel 58 eines
Rückschlagventils in der Saugleitung nach oben bringen, wodurch das Ansaugen unterbrochen
wäre. Hierdurch wäre der Lufteintritt durch die Löcher 46 gesperrt und das Vakuum
aufrechterhalten. Da die Verbindung mit der Leitung 32 unterbrochen wird, könnte
die Membran 61 nicht angezogen werden und der Dosierzylinder 8 nicht in seine untere
Stellung zum Füllen des Beutels gelangen. Hierdurch bleibt der Dosierzylinder 8
geschlossen, da der Nocken 33 (F i g. 7) nicht zum Öffnen auf den Schieber 11 einwirken
kann.
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Bei der weiteren Drehung bringt der Drehkopf 1 das Loch 54, von welchem
die Leitung 31 ausgeht (F i g. 7 und 8) mit der ringförmigen Nut 51 in Verbindung,
während die Saugbacke 5 durch Einwirkung des Nockens 27 sich schließt. Durch das
Rohr 31, das Halteventil 65 und die Fortsetzung des Rohres 31 wirkt das Vakuum auf
den mittleren Teil 48 der Saugbacke 5, wodurch es den anderen Rand des Beutels festhält.
Gleichzeitig tritt auch das Loch 56 mit der Leitung 89 in Verbindung, indem es mit
der Nut 53 (F i g. 7 und 8) in Kontakt kommt, so daß das Vakuum auch auf die seitlichen
Löcher 47 und 49 der Backen (Fig. 8) wirkt.
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Bei geschlossenen Backen hält also das Vakuum auf beiden Seiten und
auf der ganzen Länge die Ränder des Beutels fest. Von diesem Moment an öffnet
sich
der Beutel langsam, da der Teil C-D des Nockens 27 (F i g. 7) eine sehr kleine Neigung
hat. Das gestattet, daß die äußere Luft in den Beutel eindringt, indem sie den Unterdruck
überwindet, der im Innern des Beutels auftritt infolge dessen Anfangsabfiachung
und der gegenseitigen Kompression der Ränder, welche die Schließung bewirkt.
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Wenn die Öffnung zu rasch erfolgen würde, könnten sich die Beutelränder
infolge des inneren Unterdruckes im Beutel von den Backen trennen und dadurch den
guten Operationsverlauf beeinträchtigen.
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Sobald die Ränder sich etwas voneinander entfernt haben, verliert
das Loch 56 seinen Kontakt mit der Nut 53 (F i g. 7 und 8) und die seitlichen Öffnungen
47 und 49 der Backen öffnen sich allmählich, während die mittleren Löcher 46 und
48 geschlossen bleiben, da die Öffnung des Beutels, die am Anfang einen sehr verlängerten,
fast rechteckigen Querschnitt aufwies, allmählich eine elliptische Form annimmt.
Von diesem Moment an öffnen sich die Saugbacken und damit der Beutel rasch.
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Die Maschine arbeitet wie folgt: Aus dem feststehenden Vorratsfach
15 wird der Beutel 6 von einem Schuhstück 73 (F i g. 3) angesaugt, dem eine Vorrichtung
72 eine hin- und hergehende Bewegung erteilt.
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Der Beutel wird zwischen die Saugbacken 4, 5 gebracht, die sich in
diesem Moment gegenüber dem genannten Schuhstück befinden. Das Ansaugen entsprechend
den Löchern 46, 47 (F i g. 5) der Backe 4 gewährleistet, daß der entsprechende Rand
6 (Fig. 4) des Beutels an der Backe selbst anhaftet, während die Ansaugewirkung
auf das Schuhstück aufhört. Wenn die obenerwähnte Station die Stellung3b (Fig.2)
einnimmt, entfernen sich die Backen 4, 5 wegen des Abschnittes C-D des Nockens (F
i g. 7) voneinander, indem der Beutel sich öffnet, so daß dieses das Füllrohr 13
der darüber befindlichen Dosiervorrichtung und daher den von dieser ausgegossenen
Inhalt aufnehmen kann.
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Die Öffnung der Backen findet zuerst langsam und dann rasch statt.
In der ersten Phase werden dieBeutelränder durch das Ansaugen entsprechend ihrem
mittleren und seitlichen Teil (d. h. bei den Löchern 46, 47 und 48, 49 [F i g. 8])
gehalten, während in der zweiten Phase das Ansaugen durch die Löcher 47, 49 ausgeschaltet
wird. Auf diese Weise öffnet sich der Beutel zuerst langsam, wobei es auf der ganzen
Länge seiner Ränder festgehalten wird, dann rascher, wobei es nur am mittleren Teil
seiner Ränder gehalten wird, so daß das Rohr 13 der Dosiervorrichtung in den Beutel
eindringen kann.
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Im Verlauf der Drehung des Drehkopfes 1 begegnet der Schieber 11
der Dosiervorrichtung 8 (F i g. 4) dem Nocken 33 (F i g. 2) und wird nach rechts
verschoben, um das Ausfließen der in der Kammer 34 enthaltenen Flüssigkeit in den
Beutel 6 zu gestatten.
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Das Aufnahmevermögen der Kammer 34 ist derart, daß es der Flüssigkeitsmenge
entspricht, welche in jeden Beutel eingeführt werden soll. Danach begegnet der Verteiler
11 dem Nocken 33 a (F i g. 2) und verschiebt sich nach links, so daß das Loch 37
mit der Speiseleitung 12 zur Füllung der Kammer 34 verbunden wird.
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Die Thermoschweißstation 16 (F i g. 2, 3, 6 a) umfaßt annäherbare
und entfernbare Backen 75, 76 (F i g. 6 a), die durch elektrische Widerstände geheizt
werden, die in Löchern 78, 79 enthalten sind. Die Heizung ist derart, daß sie eine
Thermoschweißung
längs einer Strecke verursacht, deren Höhe derjenigen
der Backen 75,76 entspricht.
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Sodann verschiebt sich der Beutel in die Abkühlstation 17, wo Backen
75dz, 76b, ähnlich den Backen 75, 76, den themogeschweißten Teil zusammendrücken
und ihn sofort abkühlen. In diesen Backen fließt Wasser oder anderes Kühlmittel
durch Löcher 78 a, 79 b.
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Die Oberfläche der Thermoschweißbacken 75, 76 ist mit einem dünnen
Netz 82, 83 aus Tetrafluoräthylen überzogen, d. h. mit einem thermoplastischen,
wärmebeständigen Material, welches die Aufgabe hat, das Anhaften der Beutelränder
an die Backen zu verhindern.
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Die Maschine wird durch Steuermechanismus, Fernschalter, Mikrokontakte
u. dgl. vervollständigt, welche die verschiedenen Operationen automatisch ausführen
lassen.