DE3715838A1 - Antriebsverfahren und -system fuer schlauchbeutelmaschinen - Google Patents

Antriebsverfahren und -system fuer schlauchbeutelmaschinen

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DE3715838A1 DE19873715838 DE3715838A DE3715838A1 DE 3715838 A1 DE3715838 A1 DE 3715838A1 DE 19873715838 DE19873715838 DE 19873715838 DE 3715838 A DE3715838 A DE 3715838A DE 3715838 A1 DE3715838 A1 DE 3715838A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsverfahren für Schlauchbeutelmaschinen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens ein Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11.
Intermittierend angetriebene Schlauchbeutelmaschinen arbeiten herkömmlich so, daß eine Hüllstoffbahn von einer Vorratsrolle abgezogen und durch Zusammenführen der Ränder der Bahn ein Schlauch an einem Formrohr gebildet wird, worauf diese Ränder zu einer Längsnaht verschweißt werden und der entstandene Schlauch quer zur Transportrichtung mit Siegelnähten versehen wird. Durch das Formrohr hindurch wird jeweils ein bodenseitig verschlossener Schlauchbeutel mit Packgut beschickt und dann oben versiegelt.
An den üblichen Schlauchbeutelmaschinen dieser Art, deren Antriebe mit konstanten Drehfrequenzen laufen, entstehen bei den industriell verlangten Leistungen hohe dynamische Beanspruchungen, vor allem der Abzugs- und Quersiegeleinrichtungen. Bei sehr kurzen Arbeitszyklen sind die anteiligen Zeiten für die Siegelung so kurz, daß die Qualität der Quernähte nachläßt, beispielsweise infolge ungenügender Erwärmung der Folienlagen und unzureichender Kühlung bzw. Verfestigung der Naht. Auch deren relativ frühe Belastung durch das Füllgut kann sich nachteilig auswirken. Am Füllstoffschlauch selbst tritt durch reibschlüssigen Angriff seitlicher Abzugsbänder oder -riemen eine Zugbeanspruchung auf, die zur Überdehnung der Folie und damit zu minderer Packungsqualität führen kann. Wo nur ein einziger Antriebsmotor verwendet ist, ist die dadurch erforderliche Kupplungs- Brems-Kombination einem beträchtlichen Verschleiß ausgesetzt.
Eine Haupt-Belastungsquelle der Verpackungsmaschine ist die herkömmliche Kurvensteuerung der Siegelwerkzeuge. Hierbei kommt es zu so hohen Beschleunigungen, daß die Kurvenrollen von den Steuerkurven, jedenfalls im Bereich extremer Krümmungen der Kurven, von diesen abheben können. Nachteilig ist es auch, daß beim Einstellen bzw. Einrichten der Maschine die Winkelabstimmung der Steuerkurven mit den Abfüll- und Faltzeiten des Packgutes sowie den Hüllstoff-Abzugszeiten sehr genau vorgenommen werden muß, was zwangsläufig hohen Zeitaufwand erfordert.
Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, den Antrieb von Schlauchbeutelmaschinen auf einfache Weise so zu verbessern, daß die Bewegungsabläufe möglichst gleichmäßig und beschleunigungs- bzw. verzögerungsarm vor sich gehen. Sie sollen ferner flexibel steuerbar sein, um den praktischen Betriebsanforderungen weitestgehend gerecht zu werden und eine Packleistung erzielen zu können. Angestrebt wird außerdem eine Herabsetzung des konstruktiven Aufwandes für das Antriebssystem.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruches 1. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10. Der Grundaufbau des Antriebssystems nach der Erfindung ist in Anspruch 11 gekennzeichnet; Weiterbildungen davon sind in den Ansprüchen 12 bis 19 präzisiert.
Nach der Erfindung sind für die Bewegung von Hüllstoffbahn einerseits und Siegelbacken andererseits zwei getrennte, jedoch zusammenwirkende Antriebe vorhanden, die insbesondere rechnergesteuert gekoppelt sind. Dank dieser Maßnahmen erreicht man große Laufruhe und hohe Flexibilität des Antriebs. Für die verschiedensten Anwendungsfälle lassen sich optimale Bewegungsabläufe mit sehr geringem Aufwand gewinnen. Dadurch werden Leistungsbereiche auch für intermittierende Schlauchbeutelmaschinen erschlossen, bei denen bislang eine kontinuierliche Betriebsweise notwendig war. Nunmehr werden die Belastungsgrenzen nicht nur durch die Maschinenelemente, sondern durch die Eigenschaften der diversen Verpackungsgüter bestimmt.
Hierzu trägt es wesentlich bei, wenn gemäß einer Maßnahme der Erfindung, für die selbständiger Schutz in Anspruch genommen wird, die Winkelgeschwindigkeit der Steuerkurven für die Siegelbacken veränderlich ist. So können innerhalb jedes Arbeitszyklus wenigstens zwei Winkelgeschwindigkeitsstufen auftreten, die bevorzugt weich ineinander übergehen und ein Extremverhältnis von bis zu 1 : 5 haben können. Dadurch ergeben sich nicht nur verfahrensmäßig große Vorteile, sondern auch für die Ausstattung und Lagerhaltung, da man nun mit einheitlichen Steuerkurven von wenigen Grundformen und Größen arbeiten kann.
Bevorzugt sitzen zwei gleichartige Steuerkurven um 180° zueinander versetzt auf einer Antriebswelle, deren Drehzahl während jedes Umlaufes veränderlich ist. Eine spezielle Gestalt der Steuerkurve (Anspruch 16) ist besonders vorteilhaft sowohl für die Minimierung der dynamischen Beanspruchungen als auch zum Herstellen optimaler Siegelnähte, weil die Winkelgeschwindigkeit in der Siegelphase stets am niedrigsten ist, obwohl der zugehörige Kurvensektor auf einen verhältnismäßig kleinen Zentriwinkel von beispielsweise von 60° beschränkt sein kann. Das ermöglicht sehr günstige kinematische Übergänge zu anderen Radien bzw. Hubstellungen, die sich über große Winkelbereiche erstrecken.
Verfahren und Vorrichtung der Erfindung sind so ausgebildet, daß an der Quersiegeleinrichtung optimal lange Verweil- und Kühlzeiten zur Verfügung stehen. Ferner ist der Hüllstofftransport jeweils auf einen Teil des Arbeitszyklus beschränkt, so daß nicht nur schonender Abzug des Hüllmaterials gewährleistet ist, sondern gleichzeitig damit auch die Abpackung und Ausbringung außerordentlich gesteigert wird. Gegenüber dem Stand der Technik ist damit eine viel flexiblere Betriebsweise intermittierender Schlauchbeutelmaschinen erzielt, die infolgedessen erheblich vielseitiger und leistungsfähiger als herkömmlich sind.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt
Fig. 1 ein typisches Zeitdiagramm von Drehwinkel und Winkelgeschwindigkeit in einem Arbeitszyklus des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine teilweise schematisierte Seitenansicht einer Antriebs- und Siegelvorrichtung,
Fig. 3 eine Draufsicht auf wesentliche Teile der Anordnung von Fig. 2,
Fig. 4 ein Abwicklungsdiagramm der Winkelabhängigkeit des Radius/Hubes einer Steuerkurve,
Fig. 5 ein Zeitdiagramm der Winkelgeschwindigkeit eines Hüllstoff-Antriebs während eines Arbeitszyklus und
Fig. 6 ein Zeitdiagramm der Steuerkurven-Winkelgeschwindigkeit während eines Arbeitszyklus.
Für die in Fig. 1 dargestellten Kurvenverläufe ist als Zeitpunkt 0 der Beginn der Versiegelung bzw. der Schweißzeit gewählt. Der Steuerungs-Antrieb (Fig. 2 und 3) läuft hierbei mit im wesentlichen konstanter, niedriger Winkelgeschwindigkeit ω₁ bis zu einem Sektorenwinkel ω₁ von z. B. 60°. Hierfür steht die Zeit t₁ zur Verfügung, die einen verhältnismäßig großen Teil des gesamten Arbeitszyklus T einnimmt. Es folgt ein relativ flacher Übergang zu einer zweiten Winkelgeschwindigkeit ω₂, die beigehalten wird, bis ein weiterer Drehwinkel α₂ von etwa 110° erreicht ist; zu diesem Zeitpunkt t₂ ist bereits mehr als die Hälfte des Arbeitszyklus T verstrichen. Nun erfolgt ein weicher, aber steiler Anstieg der Winkelgeschwindigkeit bis zu einer Stufe ω₃, die im wesentlichen bis zu einem Zeitpunkt t₃ aufrechterhalten wird, bis also ein Winkel α₃ kurz vor Ende des vollen Umlaufes erreicht ist. Sodann geht die Winkelgeschwindigkeit wieder auf die niedrigste Stufe ω₁ zurück, und der nächste Arbeitszyklus kann beginnen.
Mittel zur Ausführung solcher Abläufe sind in den Fig. 2 und 3 gezeichnet. An einer Frontplatte 10 einer Schlauchbeutelmaschine ist eine Konsole 12 befestigt, die ein Servo- Antrieb 14 mit einer Antriebswelle 16 haltert. Diese trägt ein Kurvenpaket 18 zum Steuern zweier Siegelbacken 20, 20′ über eine Schubstange 22 bzw. ein Schubstangenpaar 32, 32′. Die Schubstangen 22/32/32′ sind in einer Führung 23 mit Buchsen 24/34/34′ verschiebbar gelagert.
Eine von der Schubstange 22 stirnseitig getragene Kurvenrolle 26 tastet eine obere Steuerkurve 28 des Kurvenpaketes 18 an der Außenkontur 30 ab. Die Kontur 40 einer unteren Steuerkurve 38 wird von einer Kurvenrolle 36 abgetastet, die an einem Bügel 33 zwischen dem Schubstangenpaar 32, 32′ gehaltert ist. Die vorbeschriebene Anordnung bildet insgesamt einen Siegelbacken-Antrieb K.
Außerdem haltert die Frontplatte 10 an einer Konsole 42 einen weiteren Servo-Antrieb 44 für den Hüllstoffbahn- Antrieb H einer nur schematisch angedeuteten Antriebskette 46.
Ein als Rechner ausgebildetes Steuergerät C wird über Eingangsleitungen 50 mit Daten gespeist und ist über Steuerleitungen 52 mit den Antrieben 14, 44 verbunden.
Quer zu der vertikalen Frontplatte 10 sind die Siegelbacken 20, 20′ über die Schubstangen 22; 32, 32′-ein- und ausfahrbar. Während der Hüllstoffbahn-Antrieb H in vorgegebenem Arbeitstakt schlauchförmiges Material an die Siegelbacken 20, 20′ heran und zwischen ihnen hindurchführt, sind diese Backen geöffnet. Der in Fig. 3 mit 0° bezeichnete Umfangspunkt an den Steuerkurven 28, 38 entspricht dem Schließbeginn der Siegelbacken 20, 20′. Dadurch wird eine Naht erzeugt, die den vorangehenden Schlauchbeutel S verschließt und gleichzeitig eine Bodennaht des folgenden Schlauchbeutels bildet (wie vorher - Fig. 2, unten). Bis zum Zeitpunkt t₁ und eventuell etwa darüber hinaus, erfolgt die Füllgut-Schüttung in den oben offenen Schlauchbeutel S bei geschlossenen Siegelbacken 20, 20′. Um eine optimale Verfestigung der erzeugten Siegelnaht zu erzielen, werden die Siegelbacken 20, 20′ bis zum Zeitpunkt t₂, also bis zum Kurvenwinkel α₂ geringfügig geöffnet, so daß zusätzlich zur Kühlung Umgebungsluft hinzutreten kann. Die vollständige Öffnung und Schließung der Siegelbacken 20, 20′ geschieht auf der Winkelgeschwindigkeitsstufe ω₃ während der zweiten Hälfte des Arbeitszyklus T, wobei der Schlauchbeutel S nach einem hinlänglich bekannten Trenn-Vorgang mit einem in einer Siegelbacke integrierten Schneidmesser, als fertige Packung, herabfällt und der nächste Schlauchabschnitt von dem Hüllstoffbahn-Antrieb H herangebracht wird. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist hierbei der Antrieb H ebenfalls in Gang gesetzt und abgebremst, jeweils mit weichen Übergängen, beispielsweise mit sinusförmiger Beschleunigung und Verzögerung.
Die bis zum Zeitpunkt t₃ benötigte Rücklaufzeit ist in erster Linie von der vorgesehenen Packungsgröße abhängig und bestimmt sehr wesentlich die Ausbringleistung der Verpackungsmaschine. Man erkennt, daß der Rücklaufbereich erfindungsgemäß schnell durchfahren wird, wobei infolge der breiten Übergänge an den Steuerkurven 28, 38 (vergleiche Fig. 3 und 4) die dynamischen Beanspruchungen der Schlauchbeutelmaschine gering bleiben. Die sanften Konturen 30, 40 des Kurvenpakets 18 bieten den zusätzlichen Vorteil, daß die Positionierung der Steuerkurven 28, 38 auf der Antriebswelle 16 einen gewissen Spielraum erlaubt. Die notwendigen Einstell-Arbeiten werden dadurch stark erleichtert und beschleunigt.
In Fig. 2 und 3 ist der Zustand dargestellt, in welchem die Kurvenrollen 26, 36 etwa den 300°-Umfangspunkt der Kurven 28, 38 abtasten. Zum entsprechenden Zeitpunkt (t x in Fig. 5 und 6) ist ein befüllter, unverschlossener Schlauchbeutel S entlang der Packungsachse A (Fig. 2) mit seinem Oberteil noch zwischen den Siegelbacken 20, 20′ gehalten. Gleichzeitig werden die (nicht dargestellten) Hüllstoff-Abzugsbänder sinusförmig verzögert, um den Hüllstofftransport zu beenden, ehe der nächste Arbeitszyklus T beginnt (Fig. 5). Die Steuerkurven führen bereits den Arbeitshub zwischen dem kleinsten Radius R min und dem größten Radius R max aus (Fig. 4). Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß die Winkelgeschwindigkeit des Kurvenpakets 18 in Anpassung an den Takt des Hüllstoff-Transportes während jedes Umlaufes veränderlich ist. Der Winkelbereich von 0° bis 360° wird also zeitlich nichtlinear durchlaufen, wie insbesondere Fig. 1 deutlich erkennen läßt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Anzahlen und Formen von Winkelsektoren beschränkt. Die gezeichneten Verläufe eignen sich für die am weitesten verbreitete Flach- oder Kissenform von Schlauchbeuteln. Es ist aber auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, zusätzliche Winkelsektoren und/oder Winkelgeschwindigkeitsstufen zu definieren, um andere Verpackungsabläufe und -gestaltungen zu ermöglichen. So kann die Zeitdauer Δ t₁, also die Verweilzeit während der Siegelung, verlängert werden, wenn gleichzeitig z. B. eine Seitenfalt-Einrichtung zum Herstellen standfähiger Klotzboden-Beutel vorgesehen ist. Auch kann man während und/oder nach der Zeitdauer Δ t₂ und vor dem Zeitabschnitt Δ t₃ eine Phase zur Beutelformung zwischenschalten, bzw. Δ t₂ ggf. verlängern, um beispielsweise eine Rechteck-Gestalt des Beutels herbeizuführen, die das direkte vertikale Einfüllen in einen Verpackungskarton ermöglicht.
Die vergleichsweise lange Zeit Δ t₁ ist besonders günstig bei Verwendung dauerbeheizter Siegelbacken 20, 20′ für thermoplastische Kunststoffolien. Die in das Steuergerät C einzugebenden Daten hängen unter anderem von Art und Menge des Packgutes ab, woraus die optimalen Verweilzeiten in den einzelnen Winkelsektoren errechnet und gegebenenfalls verändert werden können. Die Transportzeit für die jeweiligen Hüllstoff-Abschnitte werden möglichst lang gewählt, um die Materialbelastung weitestgehend herabzusetzen. Zweckmäßig wählt man frühesten Anfang uns spätestes Ende des Hüllstoff-Transport so, daß sie dann erfolgen, wenn die kurvengesteuerte Position der Siegelwerkzeuge 20, 20′ den Weitertransport der Packung (bei niedriger Beanspruchung des Hüllstoffs) erlaubt.
Ein wichtiger Vorteil der Erfindung beruht darin, daß die Antriebe H, K verhältnismäßig kurze Einricht-Zeiten bei extrem hoher und reproduzierbarer Positionier-Genauigkeit erlauben. Überdies sind die erfindungsgemäßen Steuerkurven 28, 38 leicht typisierbar und relativ anspruchslos in bezug auf eine Vielzahl der verschiedensten Anwendungsparameter.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
α Winkel ω Winkelgeschwindigkeit(en) Δ t Zeitabschnitte T Zykluszeit t Zeitpunkte R Radius A Packungsachse C Steuergerät/Rechner H Hüllstoffbahn-Antrieb K Siegelbacken-Antrieb S Schlauchbeutel
10Frontplatte12, 42Konsole14, 44 (Servo-) Antrieb
16Antriebswelle 18Kurvenpaket 20, 20′Siegelbacken 22Schubstange 23Führung 24Buchse 26, 36Kurvenrolle 28obere Steuerkurve 30, 40Kontur 32, 32′Schubstangenpaar 33Bügel 34, 34′Buchsenpaar 38untere Steuerkurve 46Antriebskette 50Eingangsleitungen 52Steuerleitungen

Claims (19)

1. Antriebsverfahren für Schlauchbeutelmaschinen, bei denen jeweils ein bodenseitig verschlossener Schlauchbeutel beispielsweise durch ein Füllrohr mit Packgut beschickbar ist und hierzu eine intermittierend bewegte Hüllstoffbahn als Schlauch vertikal zwischen quer angeordneten, beheizten Siegelbacken hindurchgeführt wird, wobei deren Öffnen und Schließen kurvengesteuert wird, während die Hüllstoffbahn-Bewegung darauf abgestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit (ω) der Steuerkurven während ihres Umlaufes verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jedes Arbeitszyklus (T) wenigstens zwei Winkelgeschwindigkeitsstufen auftreten.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Phase (t₁) konstant niedriger Winkelgeschwindigkeit (ω₁) eine kürzere Phase (t₂) mit etwas höherer Winkelgeschwindigkeit (ω₂) und hieran eine längere Phase (t₃) mit hoher Winkelgeschwindigkeit (l₃) anschließt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Phasen niedrigster und höchster Winkelgeschwindigkeit (t₁, ω₁; t₃, ω₃) wenigstens eine Phase mit anderer Winkelgeschwindigkeit vorgesehen ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeitsstufen sanft aneinander anschließen.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von kleinster zu größter Winkelgeschwindigkeit (ω min : ω max ) im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 5 liegt, vorzugsweise bei etwa 1 : 4.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllstoffbahn-Bewegung nur während eines Teils des Arbeitszyklus (T) erfolgt, namentlich während seiner zweiten Hälfte.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllstoffbahn während der Phase niedrigster Winkelgeschwindigkeit (ω₁) stillsteht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hüllstoffbahn-Bewegung mit weichen Übergängen erfolgt, insbesondere mit sinusförmigem An- und Auslauf.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeiten (ω H , l K ) rechnergesteuert verändert werden.
11. Antriebssystem für Schlauchbeutelmaschinen, bei denen eine Hüllstoffbahn intermittierend bewegt und als Schlauch vertikal zwischen quer dazu wirkenden, beheizten Siegelbacken (20, 20′) hindurchgeführt wird, die sich unterhalb eines Füllrohres befinden, durch das hindurch jeweils ein bodenseitig verschlossener Schlauchbeutel (S) mit Packgut beschickbar ist, mit Zuggestängen (22; 32, 32′), die über Kurvenrollen (26, 36) betätigbar sind, welche die Kontur eines Kurvenpakets (18) mit vorzugsweise zwei von einer Antriebswelle (16) gekoppelt bewegten Steuerkurven (28, 38) abtasten, um die Siegelbacken gegenläufig zu öffnen und zu schließen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bewegung von Hüllstoffbahn einerseits und Siegelbacken (20, 20′) andererseits zwei getrennte, jedoch zusammenwirkende Antriebe (H, K) vorhanden sind.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebe (H, K) rechnergesteuert gekoppelt sind.
13. System wenigstens nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit (ω) der Steuerkurven (28, 38) für die Siegelbacken (20, 20′) veränderlich ist.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Antriebswelle (16) insbesondere während jedes Umlaufes veränderlich ist.
15. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichartige Steuerkurven (28, 38) um 180° zueinander versetzt auf der Antriebswelle (16) sitzen.
16. System nach einem der Ansprühe 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuerkurve (28, 38) einen in etwa herzförmigen Verlauf hat, bei dem sich ein abgeflachter Umfangsteil mit großem Radius (≦R max ) an einen Umfangsteil mit kleinerem Radius (≧R min ) anschließt.
17. System nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch solche Konturen (30, 40) der Steuerkurven (28, 38), daß die Siegelbacken (20, 20′) in jedem Arbeitszyklus (T) wenigstens zweimal zum Stillstand kommen.
18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stillstandsposition der Siegelbacken (20, 20′) durch einen Kurvensektor von beispielsweise 60° bestimmt ist.
19. System nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Siegelbacken (20, 20′) in einer zweiten Stillstandsposition einander mit großem Luftabstand gegenüberstehen.
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