DE3715498A1 - Verschliesseinrichtung fuer eine maschine zum umreifen von packstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschließeinrichtung für eine Maschine zum Umreifen von Packstücken mittels eines Kunststoffbandes durch Verschweißen einander überlappender Bandenden, deren vorderes in einer Bandklemme gehalten ist, mit einem Kopfstück, welches am Ende einer zur Umreifungsebene senkrechten Welle mit dieser in einem Arbeitszyklus umlaufend rotierbar angeordnet ist, wobei am Kopfstück ein Bandführungs­ kanal, ein Preßorgan, ein Heizelement sowie im Zwickel zwi­ schen den Bandenden ein Trennglied angeordnet sind und das Preßorgan mittels einer Feder gegenüber dem Kopfstück abge­ stützt und von der die freie Kreisbahn des Preßorgans schnei­ denden Bandanlagefläche gegen Wirkung dieser Feder quer zur Rotationsachse verschiebbar ist, während das Heizelement takt­ gesteuert in den Bandzwickel einschwenkbar und zwischen den Bandenden wieder aus der Schweißzone schiebbar ist.

Eine solche Verschließeinrichtung ist Gegenstand der auf die Rechtsvorgängerin der Anmelderin zurückgehenden DE-PS 30 23 526. Ein wesentlicher Vorteil dieser Verschließ­ einrichtung besteht darin, daß das Kopfstück, welches den Schweißverschluß bewirkt, während eines Arbeitszyklus umlau­ fend rotiert, statt wie bei anderen Vorrichtungen oszillierend angetrieben zu werden. Dies ermöglicht mit Hilfe einfachster Steuerungsmaßnahmen und geringem technischen Aufwand bei hoher Funktionssicherheit rasche Taktfolgen.

Die Verarbeitung von schweißbarem Kunststoffband ist bei Maschinen zum Umreifen von Packstücken - gleich welcher Bauart - sehr stark abhängig vom verwendeten Bandmaterial. Diese Abhängigkeit bezieht sich auf die Konsistenz, Ober­ flächenbeschaffenheit, Dicke und Breite des Bandes ebenso wie auf äußere, insbesondere thermische Einflüsse. Bestimmte Bandsorten, namentlich die preiswerteren, lassen in der Regel die von der Maschine an sich zu leistende hohe Taktfolge nicht zu, soll in jedem Falle ein ordnungsgemäßer Verschluß gewährleistet sein. Dieser ist nicht nur wesentlich für eine stabile Umreifung des Packstücks, sondern auch, um Störfälle im Verschlußaggregat zu vermeiden.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Verschließeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher umrissenen Art entsprechend der DE-PS 30 23 526 mit Hilfe einfacher Mittel so weiterzubilden, daß sie besser als bislang auch schwierig zu verarbeitendes Kunststoffband sicher beherrscht und/oder noch höhere Taktfolgen zuläßt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß das Kopfstück mit ungleichförmiger Winkelgeschwin­ digkeit antreibbar ist, die während des Schweißvorgangs am geringsten und während der Rückstellphase des Kopfstücks in die Ausgangslage für eine neue Verschweißung am größten ist.

Zufolge dieser relativ einfachen Steuerungsmaßnahme kann erreicht werden, daß das Kopfstück den Winkelweg, in dessen Verlauf es die Schweißung ausführt, während einer längeren Zeitspanne als bisher zurücklegt, die Verschweißung also wesentlich sorgfältiger ausführen kann, während zugleich die Zeitspanne des Rücklaufs zur Ausgangsposition drastisch verringert werden kann. Damit wird erreicht, daß einerseits für die Verschweißung mehr, für den arbeitstechnisch nutz­ losen Rücklaufabschnitt jedoch wesentlich weniger Zeit zur Verfügung gestellt wird. Folglich kann die Verschließein­ richtung sogar trotz insgesamt erhöhter Taktzahl den Verschluß qualitativ hochwertiger ausführen und so auch problematischere Bandqualitäten sicher verarbeiten.

Zur Erzielung homogener, gleichmäßiger Drehbewegungen ändert sich die Winkelgeschwindigkeit jederzeit während einer Umdrehung des Kopfstücks stetig. Hierdurch werden die an der Bewegung beteiligten Bauteile wenig belastet, und der Antrieb kann einfach ausgeführt sein, etwa im Unterschied zur Verwendung eines Schrittmotors od.dgl.

Der Umfangswinkel, innerhalb dessen das Kopfstück mit einer gegenüber dem Antrieb größeren Winkelgeschwindigkeit angetrieben ist, soll etwa in der Größenordnung um 250° lie­ gen, so daß etwa 2/3 des Kopfstück-Umlaufs sehr schnell ausge­ führt werden kann und so der restliche Winkelweg, will man die Arbeitsgeschwindigkeit nicht steigern, voll für eine längere Verweildauer im Schweißbereich zur Verfügung steht oder dieser teilweise und teilweise der gesteigerten Arbeits­ geschwindigkeit zugute kommt.

Eine besonders einfache und preiswerte konstruktive Beherrschung des erfindungsgemäßen Prinzips sieht vor, daß zur Erzielung der sich stetig ändernden ungleichförmigen Winkelgeschwindigkeit des Kopfstücks dieses mit der gleich­ förmig umlaufenden Antriebsachse über ein Ellipsenräderge­ triebe verbunden ist. Dabei ist es wiederum von Vorteil, wenn die beiden Ellipsenräder des Rädergetriebes identisch sind. Ein sehr günstiges - sich stetig änderndes - Über­ setzungsverhältnis ergibt sich dadurch, daß das Verhältnis der großen Halbachse a zur Exzentrizität e eines Ellipsenrades etwa 5:3 beträgt.

Zusammenfassend ist es mit der Erfindung unter Einsatz baulich simpelster Mittel gelungen, ausgehend von einem gleich­ förmigen Umlauf des Antriebs die Verschließeinrichtung un­ gleichförmig derart anzutreiben, daß für den wichtigen Schweiß­ vorgang mehr Zeit bzw. oder zugleich für den arbeitsneutralen Rücklauf wesentlicher weniger Zeit als bisher zur Verfügung steht. Bei geschickter Auswahl der Übersetzung des sich im Übersetzungsverhältnis stetig ändernden Getriebes läßt sich damit erstaunlicherweise nicht nur ein verbessertes Verschluß­ verhalten, sondern zugleich eine gesteigerte Arbeitsgeschwin­ digkeit erreichen. Dies aber wiederum bedeutet, daß die Ver­ schließeinrichtung in der Lage ist, auch an sich sehr proble­ matisches Bandmaterial sicher zu verarbeiten, ohne an Arbeits­ leistung Einbußen zu erleiden. Auf der anderen Seite läßt sich bei der Verwendung unproblematischen Bandmaterials die Arbeitsgeschwindigkeit enorm steigern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 bis 3 eine Verschließeinrichtung mit einem Ellipsenradgetriebe in drei charakteristischen Stellungen des Kopfstücks und

Fig. 4 den qualitativen Verlauf der Winkelstellung des Kopfstücks in Abhängigkeit von der für einen Umlauf benötigten Zeit.

Ein mit einem Kunststoffband 10 zu umreifendes Packstück 11 liegt auf einer Tischplatte 12 auf.

Das Band 10 wird zunächst mit seinem freien vorderen Bandende durch eine maschinenfeste Bandführung 13 und einen Bandführungskanal 14 innerhalb des Kopfstücks 15 hindurch und in einen ringförmig das Packstück 11 umgebenden, nicht dargestellten Rahmen eingeschossen. Das Band 10 läuft sodann, durch den Rahmen geführt, um das Packstück 11 herum und unter die Tischplatte 12, bis sein vorderes freies Ende von einer Bandklemme 16 unter der Tischplatte 12 festgehalten wird. Ein stiftförmiges Heizelement 17 wird nun in den Bandzwickel 18 eingeschwenkt, erhitzt die zueinander weisenden Seiten der sich überdeckenden Bandenden und weicht diese auf.

Das Kopfstück 25 dreht jetzt im Uhrzeigersinn, bis sein in ihm rückstellfederbelastet angeordnetes Preßorgan 19 die Bandenden aufeinanderpreßt und die Schweißzone entlang der Unterseite des Tisches 12 vortreibt. Sobald das Preßorgan 19 die Bandenden festgeklemmt hat, trennt das Kopfstück 15 das hintere Bandende mit einem Messer 20 ab, welches mit einem Gegenmesser 21 der Bandführung 13 zusammenwirkt (Fig. 2).

Der Schweißvorgang ist beendet, sobald das Preßorgan 19 vom anliegenden Bandabschnitt abhebt. Dann ist auch das Heizelement 17 wieder aus der Schweißzone ausgetreten (Fig. 3).

Der weitere Drehwinkel von der in Fig. 3 dargestellten Endlage bis zu der in Fig. 1 gezeigten Null- oder Ausgangs­ stellung ist ein arbeitsneutraler Leerhub, der lediglich der Wiederbereitstellung des Kopfstücks 15 für den nächsten Schweißvorgang dient.

Erfindungsgemäß wird das Kopfstück 15 in der eingezeich­ neten Pfeilrichtung nicht gleichförmig umlaufend angetrieben, sondern mit sich stetig ändernder Winkel- bzw. Umfangsge­ schwindigkeit. Hierzu ist ein Ellipsenrädergetriebe 22 mit zwei identischen Ellipsenrädern 23, 24 vorgesehen. Das Ellipsenrad 23 ist das antreibende Getrieberad, das Ellipsen­ rad 24 das getriebene. Die räumlich unveränderlichen Dreh­ achsen sind mit 25 für das Ellipsenrad 23 und mit 26 für das Ellipsenrad 24 bezeichnet. Auf der Achse 26 lagert zugleich ein Stirnrad 27, welches über eine Kette 30 mit einem wei­ teren, gleichen und zur Drehachse 28 des Kopfstücks 15 gleich­ achsigen Stirnrad 29 verbunden ist. Hiervon abweichend könnte z.B. die Achse 26 mit der Achse 28 identisch sein, so daß auf die Stirnrad-Transmission verzichtet werden könnte. Diese ermöglicht jedoch eine besonders günstige räumliche Unter­ bringung des Ellipsenrädergetriebes 22 in der Maschine.

Die geometrischen Mittelachsen der Drehachsen 25 und 26 liegen jeweils in einem der beiden Ellipsenbrennpunkte. Bezüglich des Ellipsenmittelpunktes M weisen die Achsen 25 und 26 folglich eine Exzentrizität e auf. Der große Halbmesser der Ellipse ist mit a bezeichnet. Das Verhältnis a :e beträgt beim Ausführungsbeispiel 5 : 3.

Wenn das antreibende Ellipsenrad 23 um seine Drehachse 25 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles entgegen dem Uhrzeiger­ sinn bewegt wird, ändert sich das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 22 stetig und periodisch. In der in Fig. 1 dar­ gestellten Stellung der Ellipsenräder 23 und 24 in der Null­ stellung des Kopfstücks 15 beträgt das Übersetzungsverhältnis etwa 1 : 1. Wird nun das Ellipsenrad 23 in Richtung des Pfeiles mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um seine Achse 25 verdreht, ändert sich das Übersetzungsverhältnis dergestalt, daß sich die Winkelgeschwindigkeit des angetriebenen Ellipsen­ rades 24 stetig verringert, und zwar so lange, bis die beiden großen Ellipsenachsen 31 und 32 zum ersten Mal in Flucht liegen. Diese, nicht gezeigte Stellung entspricht etwa der­ jenigen Stellung des Kopfstückes 15, bei der das Druckstück 19 im wesentlichen lotrecht über der Drehachse 28 liegt. Bei weiterer Drehung des Kopfstückes 15 im Uhrzeigersinn nimmt dessen Geschwindigkeit aufgrund des sich gegensinnig ändernden Übersetzungsverhältnisses des Ellipsenrädergetriebes 22 wieder zu und erreicht etwa bei Ende der Schweißung mit der Stellung des Kopfstücks 15 nach Fig. 3 wiederum das neutrale Über­ setzungsverhältnis 1 : 1. Ab jetzt nimmt die Winkelgeschwindig­ keit des angetriebenen Ellipsenrades 24 und damit auch die Kopfstücks 15 weiter stetig zu und erreicht das Maximum bei der anderen möglichen "In-Flucht-Stellung" des Ellipsenachsen 31 und 32. Dies ist etwa dann der Fall, wenn das Druckstück 19 im wesentlichen lotrecht unterhalb der Drehachse 28 des Kopf­ stücks 15 liegt. Bei weiterer Drehung des antreibenden Ellipsenrades 23 nimmt die Geschwindigkeit des Ellipsenrades 24 und somit des Kopfstücks 15 dann wieder ab. Selbstverständ­ lich steht die Antriebswelle 25 des antreibenden Ellipsenrades 24 mit einem Antriebsmotor bzw. einem antreibenden Getriebe­ motor in drehfester Verbindung.

Fig. 4 veranschaulicht qualitativ das Weg-Zeitverhalten des Kopfstücks. Hier ist die Zeit, die das Kopfstück für einen Umlauf benötigt, über den vom Kopfstück zurückgelegten Winkel­ weg aufgetragen. Mit A ist die Nullstellung des Kopfstücks entsprechend Fig. 1 angegeben. Die Marke B entspricht der Schweiß-Anfangsstellung nach Fig. 2 und C der Stellung des Kopfstücks 15 nach vollendeter Schweißung entsprechend Fig. 3.

Das Diagramm läßt deutlich erkennen, daß die Zeitspanne t ₁, die das Kopfstück für die Verschweißung (zwischen den Marken B und C) benötigt, wesentlich größer ist als die Zeit t ₂ + t ₃, die das Kopfstück für den Rückweg von der Stellung C (Fig. 3) in die Ausgangsstellung A (Fig. 1) bzw. zum Schweiß­ anfang B (Fig. 2) benötigt. In dieser relativ großen Zeit­ spanne t ₁ läßt sich also in besonders vorteilhafter Weise ein sehr homogener und dauerhafter Verschluß erzielen.

Natürlich zeigt das Diagramm im Umkehrschluß auch, daß die "Totzeit" t ₂ + t ₃, die das Kopfstück 15 benötigt, um nach Vollendung eines Schweißvorgangs (Stellung C) wieder in die Nullage (Stellung A) zu gelangen, außerordentlich kurz ist. Wenn man folglich Bänder verwendet, die ohnehin unproble­ matisch zu verschweißen sind, läßt sich durch entsprechende Wahl der Antriebsdrehzahl (an Achse 25) die Arbeitsgeschwindig­ keit der Verschließeinrichtung wesentlich steigern, ohne einen qualitativ minderwertigen Verschluß in Kauf nehmen zu müssen.

Claims (6)

1. Verschließeinrichtung für eine Maschine zum Umreifen von Packstücken mittels eines Kunststoffbandes durch Ver­ schweißen einander überlappender Bandenden, deren vorderes in einer Bandklemme gehalten ist, mit einem Kopfstück, welches am Ende einer zur Umreifungsebene senkrechten Welle mit dieser in einem Arbeitszyklus umlaufend rotierbar angeordnet ist, wobei am Kopfstück ein Bandführungskanal, ein Preßorgan, ein Heiz­ element sowie im Zwickel zwischen den Bandenden ein Trennglied angeordnet sind und das Preßorgan mittels einer Feder gegen­ über dem Kopfstück abgestützt und von der die freie Kreisbahn des Preßorgans schneidenden Bandanlagefläche gegen Wirkung dieser Feder quer zur Rotationsachse verschiebbar ist, während das Heizelement taktgesteuert in den Bandzwickel einschwenkbar und zwischen den Bandenden wieder aus der Schweißzone schieb­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (15) mit un­ gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit antreibbar ist, die während des Schweißvorgangs (B-C) am geringsten und während der Rückstellphase (C-A) des Kopfstücks (15) in die Ausgangs­ lage (A) für eine neue Verschweißung am größten ist.

2. Verschließeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Winkelgeschwindigkeit zu jeder Zeit während einer Umdrehung des Kopfstücks (15) stetig ändert.

3. Verschließeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangswinkel, innerhalb dessen das Kopfstück (15) mit einer gegenüber dem Antrieb größeren Winkelgeschwindigkeit angetrieben ist, etwa in der Größenordnung um 260° liegt.

4. Verschließeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der sich stetig ändernden ungleichförmigen Winkelgeschwindig­ keit des Kopfstücks (15) dieses mit der gleichförmig um­ laufenden Antriebsachse (25) über ein Ellipsenrädergetriebe (22) verbunden ist.

5. Verschließeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Ellipsenräder (23, 24) des Ellipsen­ rädergetriebes (22) identisch sind.

6. Verschließeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der großen Halbachse (a) zur Exzentrizität (e) eines Ellipsenrades (23 bzw. 24) etwa 5:3 beträgt.