-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Tiefziehverpackungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
DE 198 41 415 A1 ist eine Folienstanze bekannt, die geeignet ist, Kunststofffolien mittels eines Messers und eines Gegenmessers zu schneiden. Dabei ist ein Hubantrieb mit einem Linearmotor vorgesehen; und mittels einer Knickhebelanordnung in Verbindung mit einer Streckhebelanordnung, die zusammen eine Vielzahl von mechanischen Hebeln umfassen, wird erreicht, dass zum Schneiden der Folie wirksame Kräfte schnell ansteigen können und am Ende des Stanzhubs der Anstieg der Kräfte hin abflacht. Vorteilhaft dabei ist, dass die Folienstanze dazu geeignet sein soll, unterschiedliche Dicken von Folien zuverlässig schneiden zu können, ohne dass aufwendige Einstellarbeiten der Messer notwendig sind.
-
Aus dem Stand der Technik ist eine Folienstanze Typ FS 08 aus dem Hause der Anmelderin (siehe 1) bekannt, die einen Pneumatikzylinder als Hubwerksantrieb aufweist und eine Folienbahn mittels Quetschmesser und Gegendruckleiste durchtrennt. Um die Belastung bzw. die Abnutzung der Quetschmesser beim Kontakt mit der Gegendruckleiste möglichst gering zu halten, aber zugleich auch dicke Folien durchtrennen zu können, ist die Gegendruckleiste mit einer Feineinstellvorrichtung ausgeführt, um mit einer Genauigkeit von wenigstens 0,02 mm die Gegendruckleiste zur Endlage des Quetschmessers einzustellen.
-
Mit zunehmender Laufzeit wird die Schneide des Quetschmessers stumpfer und die Gegendruckleiste oder das Quetschmesser sollten nachjustiert werden, um das sichere und qualitativ gute Durchtrennen der Folie weiterhin prozesssicher zu gewährleisten. Beim Einsatz einer solchen Folienstanze auf Tiefziehverpackungsmaschine werden die Quetschmesser und evtl. auch die Gegendruckleiste bei Formatwechseln oftmals ausgetauscht und anschließend muss die Gegendruckleiste bzw. das Quetschmesser neu einjustiert werden. Dies wird in einer ersten Testphase bei laufender Tiefziehverpackungsmaschine durchgeführt und erfordert einen gewissen Aufwand, bis der Schnitt bzw. das Durchtrennen der Folie exakt eingestellt ist.
-
Die Belastung des Quetschmessers durch den Kontakt mit der Gegendruckleiste bei jedem Schneid- bzw. Quetschvorgang kann sehr hoch sein, wie in einem Zeit-Kraft-Diagramm gemäß 2 dargestellt. Um dieses Diagramm derart erstellen zu können, wurden in einer Versuchsanordnung Druckmesssensoren im Bereich der Feineinstelleinrichtung vorgesehen, um die Belastung auf die Gegendruckleiste bzw. das Quetschmesser zu erfassen. Das Diagramm zeigt, dass nach dem Durchtrennen der Folie zum Zeitpunkt t2 die Kraft weiter ansteigt, da der Pneumatikzylinder mit seiner durch den anliegenden Druck ausführbaren Kraft das Quetschmesser und die Gegendruckleiste gegeneinander drückt. Diese Kraft F1 ist in diesem beispielhaft gezeigten Fall mehr als doppelt so hoch wie für den Trennvorgang notwendig. Eine grundsätzliche Reduzierung der Druckluftversorgung des Pneumatikzylinders ist aber nicht erwünscht, da mit beispielsweise einer Halbierung des Drucks auch eine Reduzierung der Geschwindigkeit des Hubantriebs einher geht und dies die Taktleistung der Folienstanze reduziert. Gleichzeitig hat die reduzierte Geschwindigkeit, mit der das Quetschmesser auf die Folie trifft, einen negativen Einfluss auf die Schnittqualität beim Durchtrennen der Folie.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tiefziehverpackungsmaschine mit einer Folienstanze im Hinblick darauf zu verbessern, die Lebensdauer der Werkzeuge zu verlängern und bei einem Wechsel der Werkzeuge die Einstellung der Werkzeuge zueinander zu erleichtern.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Tiefziehverpackungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die erfindungsgemäße Tiefziehverpackungsmaschine umfasst eine Steuerung und eine Folienstanze, die eine Hebelmechanik, ein Werkzeugoberteil und ein Werkzeugunterteil aufweist, wobei wenigstens das Werkzeugoberteil oder das Werkzeugunterteil mittels der Hebelmechanik derart bewegbar sind, um das Werkzeugoberteil und das Werkzeugunterteil einander anzunähern. Die erfindungsgemäße Tiefziehverpackungsmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Folienstanze einen Servoantrieb aufweist und eine Messeinheit vorgesehen ist, die dazu konfiguriert ist, den Kontakt zwischen dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil zu erfassen. Unter Berücksichtigung dieser Kontaktposition des bewegbaren Werkzeugs, beispielsweise durch einen Kalibriervorgang, kann die für den Stanzvorgang am besten geeignete Endlage bzw. Endposition des bewegbaren Werkzeugs und damit die Lage beider Werkzeuge zueinander in der Steuerung ermittelt und bei den nachfolgenden Stanzvorgängen angefahren bzw. positioniert werden. Durch die exakte Endposition des bewegbaren Werkzeugs kommt es zu keiner unnötig höheren Kraft bzw. Belastung mehr auf das Quetschmesser.
-
Vorzugsweise ist die Steuerung mit der Messeinheit verbunden und die Position des Werkzeugoberteils und des Werkzeugunterteils in der Arbeitsposition ist mittels der Steuerung berechenbar. Dies unterstützt einen voll automatisiert ablaufenden Kalibriermodus. Zusätzlich ist es optional auch vorgesehen, die untere Position bzw. die geöffnete Werkzeugstellung durch den Bediener änderbar auszuführen und auch in Programmen abspeichern zu können, um unnötige Hubbewegungen beispielweise bei geringen Packungstiefen zu reduzieren.
-
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Messeinheit ein Regler des Servoantriebs, so dass anhand einer Stromaufnahme über die Zeit, nämlich während der Kalibrierbewegung des bewegbaren Werkzeugs, die Arbeitsposition erfassbar und auswertbar ist. Denn an der Stelle, an der die Werkzeuge in Kontakt kommen, steigt die Stromaufnahme stark an und kann sie weitere charakteristische Merkmale aufweisen.
-
Alternativ ist die Messeinheit ein Druckmesssensor oder ein Körperschall- bzw. Schwingungsmesssensor, um die Druckkraft zwischen dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil zu erfassen. Der Körperschall- bzw. der Schwingungsmesssensor eignen sich bevorzugt zum Erfassen des Aufeinandertreffens der zwei Werkzeuge durch den plötzlich auftretenden Schlag und zum Erfassen der dabei erzeugten Schwingung.
-
Bevorzugt umfasst der Servoantrieb einen Servomotor mit Regler und eine Spindel, vorzugsweise eine Kugelumlaufspindel, um mit hoher Geschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Genauigkeit das bewegbare Werkzeug zu positionieren.
-
Ein Verfahren zum Ermitteln der Arbeitsposition insbesondere des Werkzeugunterteils der Folienstanze zeichnet sich dadurch aus, dass das Werkzeugunterteil und das Werkzeugoberteil aneinander angenähert werden und der Kontakt der Werkzeuge miteinander anhand einer Auswertung von Daten der Messeinheit mittels der Steuerung ermittelt wird.
-
Vorzugsweise ist die Messeinheit ein Regler für einen Servomotor des Servoantriebs und anhand der Stromaufnahme des Servomotors wird der Kraftverlauf der auf das bewegbare Werkzeug wirkenden Kraft erfasst. Somit kann anhand des Stromverlaufs über die Zeit mit gleichzeitiger Erfassung der Lage der Werkzeuge zueinander eine geeignete Position, nämlich eine Endposition, automatisiert in der Steuerung ermittelt werden.
-
Alternativ ist die Messeinheit ein Druckmesssensor und es erfolgt eine Kraftmessung an einem Werkzeug.
-
Bevorzugt berechnet die Steuerung eine Endposition für das bewegbare Werkzeug, so dass beim Stanzvorgang keine (wesentlich) höheren als die für den Stanzvorgang notwendigen Kräfte erzeugt werden, um die Lebensdauer der Werkzeuge zu verlängern.
-
Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tiefziehverpackungsmaschine anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
- 1 eine Schnittansicht einer Folienstanze gemäß dem Stand der Technik,
- 2 ein Zeit-Kraft-Diagramm der herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Folienstanze,
- 3 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Tiefziehverpackungsmaschine,
- 4 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Folienstanze in Produktionsrichtung in einer Grundstellung,
- 5 eine Schnittansicht der Folienstanze in einer teilgeschlossenen Stellung und
- 6 eine Schnittansicht der Folienstanze in einer Endstellung,
-
Einander entsprechende Komponenten sind in den Figuren durchgängig mit gleichem Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt in einer Schnittansicht eine Folienstanze 1 gemäß dem Stand der Technik mit einer Hebelmechanik 2, um ein Werkzeugunterteil 3 vertikal nach oben bewegen zu können. Als Antrieb für die Hebelmechanik 2 dient ein Pneumatikzylinder 4. Die Hebelmechanik 2 überträgt die Bewegung eines Kolbens des Pneumatikzylinders 4 auf das Werkzeugunterteil 3. Durch die Gestaltung der Hebelmechanik 2 sind der Hub und die Kraft des Werkzeugunterteils 3 festgelegt. Das Werkzeugunterteil 3 ist in 1 in seiner maximalen oberen Position dargestellt. Dabei steht eine Gegendruckleiste 6 des Werkzeugunterteils 3 in Kontakt mit einem Messer 7a eines Werkzeugoberteils 7. Um die Druckkraft, die die Gegendruckleiste 6 auf das Messer 7a ausübt, einstellen zu können, weist die Folienstanze 1 Einstellräder 8 auf, um das Messer 7a mit einer Genauigkeit von wenigen 1/100 Millimetern in der Höhe und damit relativ zur Gegendruckleiste 6 des Werkzeugunterteils 3 einstellen zu können. Durch den ständigen Kontakt des Messers 7a an der Gegendruckleiste 6 nach dem Durchtrennen einer Folie stumpft die Schneide des Messers 7a ab und das Messer 7a muss nach unten verstellt werden, um ein gutes Stanz- bzw. Schneidergebnis beibehalten zu können. Fehleinstellungen können die Lebenszeit von Messer 7a und Gegendruckleiste 6 stark negativ beeinflussen.
-
In 2 ist der Kraftverlauf der Druckkraft F, die von der Gegendruckleiste 6 auf das Messer 7a ausgeübt wird, anhand eines Zeit-Kraft-Diagramms in durchgezogener Linie am Beispiel der Folienstanze 1 aus 1 dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 ist das Werkzeugunterteil 3 in der unteren Grundstellung, in der der Pneumatikzylinder 4 ganz eingefahren ist. Der Pneumatikzylinder 4 wird anschließend mit Druck beaufschlagt und bewegt das Werkzeugunterteil 3 nach oben an die zu trennende Folie heran. Bei t1 trifft die Gegendruckleiste 6 des Werkzeugunterteils 3 auf die Folie und drückt diese mit einer Kraft F1 an das Messer 7a. t2 stellt den Moment des Ein- bzw. Durchdringens und damit das Durchtrennen der Folie dar. Anschließend steht das Messer 7a mit der Gegendruckleiste 6 in Kontakt und die Kraft F steigt auf einen maximalen Wert F2 an, der durch den Pneumatikzylinder 4 und dessen Druckluftversorgung und auch durch die obere Endlage des Pneumatikzylinders beeinflusst wird. Bei t3 wird der Stanzvorgang abgeschlossen und der Druck des Pneumatikzylinders 4 entfällt und damit nimmt auch die Druckkraft F bis t4 ab. Ab dem Zeitpunkt t4 entfernt sich das Werkzeugunterteil 3 bzw. die Gegendruckleiste 6 vom Messer 7a und fährt in die Grundstellung zurück.
-
Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, ist die zum Trennen der Folie benötigte Kraft F1 weniger als halb so groß wie die maximal auftretende Kraft F2, mit der die Gegendruckleiste 6 nach dem Trennvorgang noch auf das Messer 7a wirkt. Im direkten Vergleich zum Stand der Technik ist der Kraftverlauf entsprechend der Erfindung als Strich-Punkt-Linie L eingezeichnet. Wie dieser Kraftverlauf erreicht wird, wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.
-
3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Tiefziehverpackungsmaschine 10. Die Tiefziehverpackungsmaschine 10 weist eine Formstation 11, eine Siegelstation 12, eine Querschneideeinrichtung in Form einer Folienstanze 1 und eine Längsschneideeinrichtung 13 auf, die in dieser Reihenfolge in einer Produktionsrichtung R an einem Maschinenrahmen 14 angeordnet sind. Eingangsseitig befindet sich an dem Maschinenrahmen 14 eine Zufuhrrolle 15, von der eine Folienbahn 16 abgezogen wird. Im Bereich der Siegelstation 12 ist ein Materialspeicher 17 vorgesehen, von dem eine Deckelfolie 18 abgezogen wird. Ausgangsseitig ist an der Tiefziehverpackungsmaschine 10 eine Abfuhreinrichtung 19 in Form eines Transportbandes vorgesehen, mit der fertige, vereinzelte Verpackungen 20 abtransportiert werden. Ferner weist die Tiefziehverpackungsmaschine 10 eine Vorschubeinrichtung auf, die die Folienbahn 16 ergreift und diese pro Hauptarbeitstakt in der Produktionsrichtung R weitertransportiert. Die Vorschubeinrichtung kann zum Beispiel durch beidseitig angeordnete Klammerketten ausgeführt sein.
-
In der dargestellten Ausführungsform ist die Formstation 11 als eine Tiefziehstation ausgebildet, bei der in die Folienbahn 16 durch Tiefziehen Mulden 21 geformt werden. Dabei kann die Formstation 11 derart ausgebildet sein, dass in der Richtung senkrecht zur Produktionsrichtung R mehrere Mulden 21 nebeneinander gebildet werden. In Produktionsrichtung R hinter der Formstation 11 ist eine Einlegestrecke 22 vorgesehen, in der die in der Folienbahn 16 geformten Mulden 21 mit Produkten 23 befüllt werden.
-
Die Querschneideeinrichtung 1 ist als Folienstanze ausgebildet, die die Folienbahn 16 und die Deckelfolie 18 in einer Richtung quer zur Produktionsrichtung R zwischen benachbarten Mulden 21 durchtrennt. Dabei arbeitet die Folienstanze 1 derart, dass die Folienbahn 16 nicht über die gesamte Breite aufgetrennt wird, sondern zumindest in einem Randbereich nicht durchtrennt wird. Dies ermöglicht einen kontrollierten Weitertransport durch die Vorschubeinrichtung.
-
Die Längsschneideeinrichtung 13 ist in der dargestellten Ausführungsform als eine Messeranordnung mit mehreren rotierenden Rundmessern ausgebildet, mit der die Folienbahn 16 und die Deckelfolie 18 zwischen benachbarten Mulden 21 und am seitlichen Rand der Folienbahn 16 durchtrennt werden, so dass hinter der Längsschneideeinrichtung 13 vereinzelte Verpackungen 20 vorliegen.
-
Die Tiefziehverpackungsmaschine 10 verfügt ferner über eine Steuerung 26. Sie hat die Aufgabe, die in der Tiefziehverpackungsmaschine 10 ablaufenden Prozesse zu steuern und zu überwachen. Eine Anzeigevorrichtung 27 mit Bedienelementen 28 dient zum Visualisieren bzw. Beeinflussen der Prozessabläufe in der Tiefziehverpackungsmaschine 10 für bzw. durch einen Bediener.
-
Anhand der folgenden Figuren werden die Folienstanze 1 und ihre Funktion näher erläutert.
-
4 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Folienstanze 1 in Produktionsrichtung R in einer Grundstellung, bei der sich das Werkzeugunterteil 3 in seiner unteren Position befindet. Als Antrieb für die Hebelmechanik 2 ist ein Servomotor 29 vorgesehen, der über ein Riemengetriebe 30 das Drehmoment auf eine Spindel 31, vorzugsweise einer Kugelumlaufspindel, überträgt und somit die Motordrehung in eine lineare Bewegung umsetzt. Die Spindel 31 hebt einen Schlitten 32, der an einer vertikalen Führung 33 geführt ist, an. Denkbar ist alternativ auch ein Servolinearantrieb anstelle des Servomotors 29, dem Riemengetriebe 30 und der Spindel 31. Der Servomotor 29 mit Riemengetriebe 30 und Spindel 31 wird als Servoantrieb 50 bezeichnet. Dabei umfasst der Servoantrieb 50 auch einen Regler 51 für den Servomotor 29, wobei der Regler 51 mit der Steuerung 26 verbunden ist. Alternativ kann anstatt des Riemengetriebes 30 ein Zahnradgetriebe vorgesehen sein. Der Servoantrieb 50 umfasst desweiteren einen Inkrementalgeber oder einen Absolutmessgeber an der Spindel 31, vorzugsweise für die Erfassung der Linearbewegung der Spindel 31.
-
Bei der Bewegung des Schlittens 32 nach oben wird (s. 5) beidseitig der Führung 33 jeweils ein Kniehebel 34 mittels einer Hebelverbindung 35, die den Schlitten 32 mit dem Kniehebel 34 verbindet, betätigt und gespreizt. Die Kniehebelspreizung bewirkt eine Bewegung einer Hubplatte 36 vertikal nach oben, da die zwei Kniehebel 34 jeweils mit einem unteren Hebelelement 37 an einem Rahmen 39 und mit einem oberen Hebelelement 38 an der Hubplatte 36 drehbar gelagert sind. Die Hubplatte 36 ist über Rollen 40 mittels der Führung 33 vertikal geführt.
-
6 zeigt die Folienstanze 1 in einer Endstellung nach dem Durchtrennen der Folienbahn 16. Kurz vor dieser Endstellung macht der Schlitten 32 eine Hubbewegung H1, beispielsweise von 20 mm, während dabei die Hubplatte 36 lediglich einen Hub H2 in gleicher Richtung, beispielsweise um 1 mm, macht.
-
6 zeigt desweiteren den Regler 51 für den Servomotor 29, wobei der Regler 51 mit der Steuerung 26 verbunden ist. Der Regler 51 erfasst den Motorstrom des Servomotors 29 und leitet diese Information an die Steuerung 26 weiter. Der Motorstrom ist annähernd proportional zur Druckkraft F, die in 2 im Diagramm gezeigt ist.
-
Alternativ oder zusätzlich kann die Druckkraft auch über wenigstens einen Drucksensor 42 als Messeinheit erfasst werden, der im Kraftfluss von der Hebelmechanik 2, dem Werkzeugoberteil 7 und dem Werkzeugunterteil 3 angeordnet ist, beispielsweise wie in 6 dargestellt zwischen dem unteren Ende eines Halters 43 für das Werkzeugoberteil 7 und einem Aufnahmeteil 44 des Rahmens 39 für den Halter 43. Es können auch zwei Drucksensoren 42 symmetrisch rechts und links an den Haltern 43 vorgesehen sein.
-
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Messeinheit kann ein Schwingungssensor 45 oder Körperschallsensor am Werkzeugoberteil 7 vorgesehen sein, um den Kontakt bzw. das Aufprallen des Werkzeugunterteils 3 bzw. der Gegendruckleiste 6 auf das Werkzeugoberteil 7 bzw. des Messers 7a zu detektieren.
-
Zum Ermitteln der Arbeitsposition wird das Werkzeugunterteil 3 wie in den 4 bis 6 gezeigt nach oben an das Werkzeugoberteil 7 heranbewegt. Dabei kann die Bewegungsgeschwindigkeit geringer und damit schonender sein als während des sonstigen Produktionsprozesses. In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens ist bei diesem Vorgang noch keine Folienbahn 16 vorhanden, so dass das Werkzeugunterteil 3 ohne Ausführung einer Schneidkraft an das Werkzeugoberteil 7 bewegt werden kann.
-
In allen Fällen ermittelt die Steuerung 26 anhand der ermittelten Daten der Messeinheit 41, 42 oder 45 die End- oder auch Kontaktposition als Arbeitsposition des Werkzeugunterteils 3 bzw. des Schlittens 32, die einer bestimmten Stellung des Servomotors 29 bzw. der Spindel 31 entspricht. Die Steuerung 26 positioniert das Werkzeugunterteil 3 für den Stanzprozess in die Arbeitsposition, aber nicht weiter. Daraus ergibt sich ein Kraftverlauf L, siehe 2, dargestellt als Strich-Punkt-Linie L im direkten Vergleich zu einer Ausführung gemäß dem Stand der Technik. Er hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Maximalkraft kaum höher ist als die für das Durchtrennen der Folie sorgende Kraft.
-
Die Spindel 31 kann optional (siehe 6) ein Gehäuse 60 mit einer Schutzart IP 65 aufweisen, wobei dabei bevorzugt eine Druckausgleichsvorrichtung 61 in Form einer in die Umgebung herausgeführten Leitung vorgesehen sein kann. Eine solche Ausführung ist besonders hygienisch, da das Gehäuse 60 dann sowohl staubdicht ausgeführt als auch mit Strahlwasser reinigbar ist.
-
Anstatt einer Spindel 31 kann der Servoantrieb 50 einen Pleuelantrieb aufweisen.
-
In einer Variante kann das Messer 7a am Werkzeugunterteil 3 und die Gegendruckleiste 6 am Werkzeugoberteil 7 vorgesehen sein.
-
Idealerweise wird das Verfahren regelmäßig durchgeführt, z.B. wöchentlich, täglich oder bei jedem Maschinenstart. Für den anschließenden Betrieb ist die Folienstanze 1 dann stets optional eingestellt, und zwar unabhängig von einem eventuellen Verschleiß des Messers 7a. Auf diese Weise müssen die Schneidwerkzeuge der Folienstanze viel seltener als im Stand der Technik manuell nachjustiert oder ausgetauscht werden, was den Betrieb der Folienstanze 1 und der gesamten Verpackungsmaschine erheblich optimiert.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
