DE3814026A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung der drehzahl von wenigstens einem antrieb der quersiegelmittel in einer verpackungsmaschine und verfahren zu ihrem betrieb - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zu deren Betrieb gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

Das Grundprinzip einer solchen Steuerung ist bereits be­ kannt. So wird im US-Patent 45 49 386 vorgeschlagen, mit einem Mikroprozessor eine Liste für die vorkommenden Daten bereitzustellen, um die Bewegung der Quersiegel­ backen mit dem Antrieb des Zuführförderers und dem Antrieb für die Zufuhr des Einschlagmaterials zu synchronisieren. Dabei wird von der Voraussetzung ausgegangen, daß ausge­ hend von der Anzahl Verpackungsvorgängen gleich N verpackte Gegenstände pro Gegenstand 1/N Minuten zur Verfügung ste­ hen. Zu dieser Zeit muß

• - der Zuführförderer um eine Distanz gleich der Länge eines Gegenstandes plus den Abstand zwischen zwei sich folgenden Gegenständen bewegt werden,
• - die Siegelbacken eine vollständige Umdrehung vollfüh­ ren, und
• - das Einschlagmaterial um eine volle Länge zum Verpacken eines Gegenstandes vorgeschoben werden.

Diese drei Bewegungsabläufe sollen jedoch immer synchron ablaufen. Damit die Siegelung synchron mit der Zufuhr des Einschlagmaterials läuft, soll daher der Motor für den An­ trieb der Siegelbacken vom Vorschub des Einschlagmaterials gesteuert werden. Die vom Mikroprozessor gelieferte Daten­ schar hat eine erste Phase mit konstanter Geschwindigkeit, dann eine zweite Phase mit ansteigender Geschwindigkeit mit einer anschließenden Phase mit abnehmender Geschwin­ digkeit und einer abschließenden vierten Phase mit kon­ stanter Geschwindigkeit. Die Siegelbacken drehen sich wäh­ rend einer Phase mit konstanter Geschwindigkeit über die bewegte Einschlagmaterialbahn. Dabei legt der Mikropro­ zessor diese konstante Geschwindigkeit fest und gibt dazu eine zugehörige Spitzengeschwindigkeit an, damit die Sie­ gelbacken eine vollständige Umdrehung ausführen können.

Der Bewegungsablauf der Siegelbacken gewährleistet aber keine schlupffreie Bewegung zwischen Siegelbacken SB 1 bzw. SB 2 und dem Einschlagmaterial während der Eintauch­ phase. Während der Siegelphase tritt infolge der nicht optimal abgestimmten Bewegung der Siegelbacken eine Zug­ beanspruchung des Einschlagmaterials bzw. ein Aufstauen von Einschlagmaterial auf.

Es ist nun eine Aufgabe der Erfindung, eine Regelung der Position von wenigstens dem Antrieb der Quersiegelbacken zu schaffen, mit der nicht nur vier Phasen, die jeweils starr zusammengehörend gekoppelt sind, steuerbar sind, sondern mit der eine dynamische Steuerung für Synchronis­ mus aller Antriebe gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird dies mit einer Schaltungsanordnung gemäß den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des unab­ hängigen Patentanspruchs 1 bewirkt. Ein Verfahren zum Be­ trieb dieser Schaltungsanordnung ist im Patentanspruch 8 gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm, den optimalen Bewegungsablauf von Zuführförderer und Siegelbacken darstellend,

Fig. 3 ein Diagramm der Drehzahl der Siegelbacken in Ab­ hängigkeit des Drehwinkels, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Siegelbacken zu verschiedenen Zeiten während des Siegelvorganges.

Im Beispiel nach Fig. 1 ist ein erster Motor M 1 für den Antrieb des Zuführförderers zur Zufuhr von zu verpacken­ den Gegenständen G mit konstantem Abstand erkennbar. Mit einem Encoder E 1 werden Inkremente eines Winkels mit Null­ stelle erzeugt und als Größe ϕ _ist einem ersten Rechner DR zugeführt. In Förderrichtung folgt ein Schlauchformer SF mit einem Antrieb mittels eines zweiten Motors M 2. Dieser Motor M 2 treibt einen zweiten Encoder E 2, der ebenfalls Inkremente eines Winkels erzeugt und als Größe χ _ist dem Rechner DR zuführt.

Im Schlauchformer SF wird in bekannter Weise das bandför­ mige Einschlagmaterial zu einem Schlauch geformt und mit einer Längssiegelnaht verschlossen, wobei die zu verpacken­ den Gegenstände umschlossen werden. Schon an dieser Stelle ist eine erste Synchronisation der Zufuhr des Einschlag­ materials auf den Zuführförderer ZF erforderlich, um zu verhindern, daß die Gegenstände G während des Umschlies­ sens relativ zum Schlauch verschoben werden.

In der Quersiegelstation QS werden in bekannter Weise zwei auf parallelen Wellen angeordnete Siegelbackenanordnungen im Gleichlauf rotiert, und zwar ebenfalls synchron mit dem Vorschub des Schlauches, so daß die Siegelbacken immer in die Lücke zwischen zwei sich folgende Gegenstände eingrei­ fen und den Schlauch unter Hitzeeinwirkung zusammenpressen und dabei verschweißen. An dieser Stelle müssen sich nun die kreissegmentförmigen Siegelbacken, wie Fig. 4 zeigt, auf dem dazwischenliegenden Schlauch abwälzen, um die Wär­ me gleichmäßig auf den Schlauch übertragen zu können. Ein Schlupf zwischen Schlauch und Siegelbacken während der Ein­ tauchphase, sowie Zug- oder Aufstauvorgänge am verformten Schlauch während des Siegelvorganges können sich einerseits schädlich auf die Siegelnaht und andererseits auf das Ein­ schlagmaterial selbst auswirken.

Wenn nun aber die Siegelbacken auf die translatorische Ge­ schwindigkeit des Schlauches synchronisiert werden, um ein schlupfloses Abrollen zu bewirken, muß naturgemäß diese Verlangsamung nach dem Siegelvorgang, d. h. wenn die Siegelbacken über den Schlauch angehoben sind, wieder auf­ geholt werden. Dies wird in Fig. 2 verdeutlicht, wo auf der Abszisse der Drehwinkel ϕ = 0 bis 2 π des Zufuhrförder- Motors M 1 und auf der Ordinate der Drehwinkel ψ der Wellen der Siegelbacken ebenfalls von 0 bis 2 π aufgetragen sind. Diese Kurve S zeigt deutlich, daß die Siegelbacken bei 0° bzw. 2 π eine kleinere Geschwindigkeit haben als an an­ deren Stellen, so daß während des Eintauchens in den Schlauch und bei der Siegelung Synchronismus herrscht, und die Verlangsamung durch eine größere Winkelgeschwindigkeit etwa bei π /2 aufgeholt wird.

Diese Geschwindigkeitsverhältnisse sind in Fig. 3 darge­ stellt. Die Abszisse zeigt wieder den Drehwinkel ϕ des An­ triebs für den Zufuhrförderer ZF bzw. des Motors M 1, wie er durch den Encoder E 1 angegeben wird. Die Ordinate zeigt ihrerseits die Winkelgeschwindigkeit ϕ der Siegelbacken, bzw. des Motors M 3, wie sie durch den Encoder E 3 dargestellt wird. Es sind deutlich vier Phasen feststellbar, nämlich A = Siegeln, B = Rückhub, C = Eintauchphase und D = Siegeln, wo­ bei die Phasen A und D zusammen auch als eine einzige Phase betrachtet werden können. Die jeweiligen gegenseitigen Stel­ lungen der Siegelbacken S 1, S 2 und des Schlauches Sch sind in Fig. 4 dargestellt, wobei die Darstellung 1 am Ende des Rückhubs, bzw. am Anfang der Eintauchphase ist, die Stelle 2 am Ende der Eintauchphase, bzw. am Siegelanfang, die Stelle 3, die Stellung in der Siegelmitte und die Stelle 4 am Ende der Siegelphase liegt.

Für die genaue Synchronsteuerung aller drei Antriebe mit den Motoren M 1, M 2, M 3, Fig. 1, werden mit Encodern E 1, E 2, E 3 an den Motorwellen die momentanen inkrementalen Winkelschritte ϕ des Motors M 1, χ des Motors M 2 und ψ des Motors M 3 an einen ersten Rechner DR, als digitaler Antriebsregler zurückgemeldet.

Ein zweiter Rechner PC ist diesem ersten Rechner DR über­ geordnet und erfüllt die Funktion der Intelligenz, wodurch die Flexibilität der gesamten Verpackungsmaschine ermög­ licht wird. Diesem zweiten Rechner stehen als Daten, die Formatdaten der Gegenstände G, die Daten des Einschlag­ materials und neben andern auch die Heizleistung der Sie­ gelbacken SB 1, SB 2 aus dem Formatgeber F zur Verfügung. Mit diesen Daten, denen auch Informationen aus dem ersten Rechner DR über eine frei programmierbare Steuerung PLC zugestellt sind, erstellt der zweite Rechner PC eine Ta­ belle T für die Winkelposition ψ des dritten Motors M 3 in Abhängigkeit des Winkels ϕ des ersten Motors M 1, somit alle Punkte der Kurve gemäß Fig. 2.

Der Verpackungstakt wird durch die Kadenz der Zufuhr der Gegenstände G mit dem Zufuhrförderer ZF gegeben. Damit diese Bedingung als solche feststeht, wird der Motor M 1 als Hauptmotor, also als befehlende Einheit, festgelegt. Die beiden andern Motoren M 2 und M 3 sind dann befohlene Einheiten oder Nebenmotoren. Der erste Rechner gibt dem­ gemäß Steuersignale an alle drei Motoren, nämlich d _soll an den Motor M 1, χ _soll an den Motor M 2 und ψ _soll an den Motor M 3.

Neben der Tabelle T für die tabellarische Eingabe der Punkte für die Kurve nach Fig. 2 bzw. Fig. 3 werden zur Festlegung des Verpackungstaktes dem ersten Rechner DR über einen Steuergeber SG noch die Daten für die Abzuglänge des Schlauches eingegeben, die mit den Formatdaten der Gegen­ stände im Einklang stehen müssen.

Durch diese Anordnung ist gewährleistet, daß vor allem die Positionsregelung der Siegelbacken SB 1, SB 2 optimal erfolgt. Durch Verwendung von Wechselstrom-Servomotoren, die praktisch wartungsfrei sind, kann eine sehr hohe Dynamik erreicht werden. Somit kann der Rückhub der Siegel­ backen auch für mehr als eine Siegelbacke pro Welle gut gemeistert werden. Für die Rückmeldung der Positionen ge­ nügt ein einfacher Encoder. Für die Regelung der Motor­ position genügt ein Phasenregelkreis, in dem direkt der Motorstrom gesteuert wird. Der Motor M 3 wirkt direkt auf die Welle der Siegelbacken SB 1. Die dadurch bewirkten Verein­ fachungen erlauben den Bau mit kleinem Aufwand und bewir­ ken eine hohe Dynamik.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zur Regelung der Position von wenigstens dem Antrieb (M 3) der Quersiegelmittel (SB 1, SB 2) in einer Verpackungsmaschine, die einen ersten Motor (M 1) für den Antrieb des Zufuhrförderers (ZF) für die zu verpackenden Gegenstände (G), einen zweiten Motor (M 2) für die Zufuhr des Einschlagmaterials (SF) und einen dritten Motor (M 3) für den genannten Antrieb der Quersiegelmittel (SB 1, SB 2) umfaßt, gekennzeichnet durch einen ersten Rechner (DR), dem wenigstens Daten bezüglich der sich fol­ genden Winkelpositionen (ϕ _ist ) von wenigstens dem ersten Motor (M 1) eingebbar sind, um mit vorgegebenen Daten bezüg­ lich der Abmessungen der Gegenstände (SG) und des Einschlag­ materials neben allfälligen weiteren Maschinendaten (F) die jeweilige synchrone Position wenigstens während der Berührungsphase von Siegelmittel (SB 1, SB 2) und Schlauch­ packung von zweitem Motor (M 2) und drittem Motor (M 3) zu errechnen und entsprechende Steuersignale (ϕ _soll , χ _soll , ψ _soll ) an die Motoren (M 1, M 2, M 3) zu geben.

2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Daten bezüglich der Abmessungen der Ge­ genstände, Materialdaten des Einschlagmaterials und Ma­ schinendaten (F) einem zweiten Rechner (PC) zugeführt sind, und daß dieser zweite Rechner (PC) dem ersten Rechner (DR) übergeordnet ist.

3. Anordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Motor (M 1) die befehlende Einheit und der zweite Motor (M 2) und der dritte Motor (M 3) die befohlenen Einheiten sind.

4. Anordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens der zweite Motor (M 2) und der dritte Motor (M 3) Wechselstrom-Servomotoren sind.

5. Anordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Siegelmittel (SB 1, SB 2) auf zwei parallelen Wellen angeordnete Siegelbacken sind.

6. Anordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß pro Welle wenigstens je eine Siegelbacke (SB 1, SB 2) vorhanden ist.

7. Anordnung nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Siegelbacken (SB 1, SB 2) kreisseg­ mentförmig ausgebildet sind.

8. Verfahren zum Betrieb der Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Rechner (PC) die Daten berechnet und dem ersten Rechner (DR) in Form einer Tabelle zugeführt werden.