DE3937509A1 - Beutelherstellmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Modifizieren bekannter Beutelher­ stellmaschinen zur Verbesserung ihrer Produktionskapazität. Die Kunststoffbeutel-Herstellindustrie ist weit entwickelt und setzt eine Vielzahl Beutelherstellmaschinenarten ein.

Eine typische Beutelherstellmaschine ist das Modell 175W der FMC Corporation; mit dieser Maschine lassen sich an der Seite verschweißte Kunststoffbeutel herstellen und fertige Beutel unter Verwendung eines Förderers stapeln, wie dies allgemein bekannt ist.

Die Maschine 175W ist mit einem Hauptantrieb-Elektromotor aus­ gerüstet, welcher eine Hauptwelle antreibt. Sich bewegende Bauteile wie beispielsweise Zugrollen, Schließkopf und Förde­ rer werden von dem Hauptantriebsmotor angetrieben. Die Zug­ rollen, welche eine Filmbahn von einem Vorrat entweder von einer Filmrolle oder einer kontinuierlich extrudierten Film­ bahn abziehen, werden von einem Getriebe- und Riemenscheiben­ system unter Einsatz eines Kurbel- und Schwinghebelgestänges mit einem Segmentgetriebe angetrieben, wobei ein bekanntes Kupplungs-/Bremssystem verwendet wird, um die Hin- und Her­ bewegung in eine reversible, in einer Richtung wirkende Drehbewegung umzuwandeln. Die von dieser Kupplungs-/Brems­ einrichtung geschaffene Bewegung ist eine harmonische Be­ wegung, die auf derGrundlage der verschiedenen Übersetzungs­ verhältnisse eine maximale Filmbahngeschwindigkeit, wenn die Filmbahn durch die Zugrollen gezogen wird, für eine gegebe­ ne Zahl von Maschinenzyklen ergibt, wie sie von einer ein­ zigen Umdrehung der Hauptantriebswelle bestimmt werden.

Es ist wünschenswert, die Produktionsleistung einer Beutel­ herstellmaschine zu erhöhen, jedoch war die Filmspitzen­ bzw. Scheitelgeschwindigkeit bislang ein begrenzender Fak­ tor.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag ergibt sich ein Vorteil gegenüber bekannten Beutelherstellmaschinen insoweit, als die Filmscheitelgeschwindigkeit für eine gegebene Maschinen­ geschwindigkeit (Zyklen pro Minute) reduziert ist, so daß höhere Maschinenzyklen bei der gleichen Filmscheitelgeschwin­ digkeit gestattet sind.

Dieser Vorteil trifft auch direkt für bestehende herkömmliche Beutelherstellmaschinen ähnlich dem Modell 175W zu. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Vorschlages ist es erkennbar, daß die Technologie direkt auf herkömmliche Maschinen mit einigen Modifikationen anwendbar ist, um zu gestatten, daß die Produktionsleistung bekannter Maschinen auf die angehoben wird, welche von einer Maschine mit einem Servoantrieb für Zugrolle und Verschließrolle erbracht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 perspektivisch eine Beutelherstellmaschine,

Fig. 1A im Detail einen Vakuumarm nach einer anderen Ausführungsform mit einem abgeschrägten Ende,

Fig. 2 schematisch die Anordnung unter Verwendung ei­ nes Schaltgetriebes für die Verschließrolle,

Fig. 3A ein Diagramm, in welchem ein Maschinenzyklus einer bekannten Maschine dargestellt ist,

Fig. 3B ein Diagramm, in welchem ein Maschinenzyklus der erfindungsgemäßen Maschine gezeigt ist,

Fig. 4 schematisch eine Anordnung unter Verwendung einer Malteserkreuz-Getriebeeinrichtung zum Antreiben der Verschließrolle,

Fig. 5A, 5B und 5C schematische Darstellungen während einer Zyklusunterbrechungsphase,

Fig. 6 eine teilweise weggebrochene Ansicht einer Mal­ teserkreuz-Getriebeeinrichtung,

Fig. 7 ein Blockdiagramm der einzelnen Steuerkomponenten und Bauteile mit ihren Anschlüssen.

Nach Fig. 1 besteht eine Beutelherstellmaschine 10 aus einer Vielzahl bestimmter Abschnitte einschließlich eines Spannungs­ steuer- und Antirutschabschnittes 12, eines Beutelformab­ schnittes 14 und eines Flügelstapelabschnittes 16. Eine Film­ bahn wird durch den Spannungssteuerabschnitt 12 geführt. Die Bahn kommt allgemein von einer Filmrolle, die in an sich be­ kannter Weise an einem entfernten Ort mit einem geblasenen/ extrudierten Kunststoffmaterial bewickelt worden ist. Die Bahn wird in den Beutelformabschnitt 14 mit Hilfe eines Paares Zugrollen gezogen, das eine obere und eine untere Zugrolle unter Schaffung eines Spaltes umfaßt, in welchem die Bahn ergriffen wird und in einen Schneid- und Verschließkopf 18 getrieben wird, während der Film von seiner Vorratsrolle und durch den Spannungssteuerabschnitt gezogen wird. Nach Durch­ trennen der Bahn auf eine gewünschte Beutelbreite mit Hilfe des Schneid- und Verschließkopfes 18, wobei die die Breite des Beutels bestimmenden Ränder geschaffen werden, werden die einzelnen Beutel von Vakuumarmen 20 aufgenommen und auf Stif­ ten 22 abgelegt.

Der Hauptantriebsmotor für die Beutelherstellmaschine sowie weitere Schaltbausteine sind in einem Behälter 24 im Bereich unterhalb des Beutelformabschnittes aufgenommen.

Ein Gehäuse 26 nimmt Vakuumelemente auf, von denen die Vakuum­ arme 20 über Schläuche 28 mit Unterdruck versorgt werden.

Nach Fig. 2 wird eine Filmbahn 38 durch den Spannungssteuer­ und Antirutschabschnitt 12 (anti-bounce section) zum Beutel­ formabschnitt 14 geführt. Im Beutelformabschnitt halten eine obere Zugrolle 40 und eine untere Zugrolle 42 die Filmbahn in dem zwischen diesen Zugrollen geschaffenen Spalt. Die un­ tere Zugrolle 42 wird von einem Servomotor 44 über ein Band oder eine Kette 46 angetrieben. Die untere Zugrolle umfaßt weiterhin einen Getriebeabschnitt, der mit einem Schaltgetrie­ be 48 für die Verschließrolle in Eingriff steht, welche ihrer­ seits mit einer Verschließrolleneinrichtung 50 in Eingriff steht. Somit werden die Verschließrolleneinrichtung 50 und die untere Zugrolle 42 beide von dem Servomotor 44 angetrieben. Ein Verschließ- bzw. Verschweißstab 52 wird mit einem (nicht gezeigten) Antriebsgestänge über einen Nocken wiederholt ver­ tikal bewegt, welcher der Hauptantriebswelle 54 zugeordnet ist. Die Hauptantriebswelle 54 dreht sich einmal pro Maschi­ nentakt bzw. -zyklus, der einer Ausbildung eines Beutels auf einer einzelnen Beutelherstellmaschine äquivalent ist.

Die Vakuumarmanordnung 60, welche die Arme 20 einschließt, wird indirekt von der Hauptwelle 54 in einem Verhältnis an­ getrieben, das nach Fig. 2 und 4 typischerweise 6 : 1 ist.

Steuerelemente des Servomotors 44 sind ein Tachometer 62 und eine Rückkopplung-Kodierscheibe 64, die am Servomotor an­ geordnet ist, ein Hauptkodierer 66 an der Hauptantriebs­ welle 54 und ein Servoverstärker 68 sowie eine Eingangsvor­ richtung oder Regler 32. Diese Bauteile sind über verschiede­ ne elektrische Leitungen miteinander verbunden, wie sich dies aus Fig. 7 ergibt.

In Fig. 2 ist eine Antirutscheinrichtung bzw. eine Einrich­ tung gezeigt, welche einem Rückprall bzw. einem Aufprallen entgegenwirkt. Die Einrichtung 70 wird mittels eines Bandes 72 von der unteren Zugrolle 42 angetrieben, die, wie dies er­ wähnt ist, von dem Servomotor angetrieben wird.

In Fig. 3A und 3B sind Diagramme gezeigt, welche den Vorteil des erfindungsgemäßen Vorschlages gegenüber einer herkömmlich angetriebenen, d.h. nicht von einer Servoeinrichtung angetrie­ benen Beutelherstellmaschine zeigen. Fig. 3A zeigt ein Dia­ gramm einer bekannten Maschine, beispielsweise der Maschine Modell 175. Hierbei handelt es sich um eine Maschine, die zwi­ schen dem Hauptantrieb und den Zugrollen eine Kupplungs-/Brems­ einrichtung verwendet, um die Filmbahn durch die Beutelform­ station voreilen zu lassen. Die Vertikalachse des Diagramms zeigt die Bahngeschwindigkeit, während auf der horizontalen Achse die Zeit, ausgedrückt in Grad Zugrollenrotation aufge­ tragen ist. "Vp" stellt dabei die Bahnscheitel- bzw. Spitzen­ geschwindigkeit dar, die mit einem harmonischen Beutelher­ stellzyklus erreichbar ist, und zwar unter Verwendung eines Führungsgestänges für den exzentrischen Kurbeltrieb und der Kupplungs-/Bremseinrichtung bekannter Art. Die Bahnzuglänge ist auf 180° begrenzt, und die Maschinentaktgeschwindigkeit ist durch die Bahnbeschleunigung "Vp" am Oberteil der Kurve von 0° bis 180° und auch durch die Stabilität des Führungs­ randes der Bahn oder des Filmes bei einer gegebenen Bahn­ geschwindigkeit begrenzt. In dem "Brems"-Abschnitt des Dia­ gramms von 180° bis 360° erfolgt das Verschließen der bear­ beiteten Bahn während eines Verweilabschnittes bei abge­ bremster unterer Zugrolle.

In Fig. 3B ist ein Diagramm der Beutelausbildung gezeigt, wenn der vom Hauptantrieb getriebene Kupplungs-/Bremsmecha­ nismus durch eine von einem Servomotor gesteuerte untere Zugrolle und Verschließrolle ersetzt ist. In diesem Diagramm ist erkennbar, daß mehr Zeit, d.h. 230° anstatt 180° zur Ver­ fügung steht, um den Beutel auszubilden. Der Grund ist die konstante Beschleunigung, die vom Servomotorantrieb geschaffen ist. In diesem Diagramm ist die Zuglänge optimiert, wobei ver­ tikal die gesamte während des Zugzyklus verfügbare Zeit ein­ gesetzt wird, die nicht für die Verweilzeit, welche während des Beutelverschließvorganges erforderlich ist, und der Frei­ gabezeit SC#1 und SC#2 vor und nach der Verweilzeit benötigt wird, wenn der Verschließstab in Eingriff ist, um den Beutel gegen eine von der Verschließrolle geschaffene Auflage zu ver­ schließen.

Nach Fig. 3B ist erkennbar, daß Vp wesentlich geringer als der Wert ist, der sich ergibt, wenn der Beutel in nur 180° ausgebildet wird, wie dies durch die gestrichelte Kurve ange­ deutet ist, die bei 0° beginnt und bei 180° endet. Da der be­ grenzende Faktor bei der Ausbildung von Beuteln die Scheitel­ geschwindigkeit der Bahn während des Zuges ist, folgt, daß wenn die Scheitelgeschwindigkeit durch Verwendung der mit­ tels der Servoeinrichtung angetriebenen Zugrollen anstelle der Kupplungs-/Bremseinrichtung für die Zugrollen herabgesetzt wird, es möglich ist, die Beutelproduktion durch Erhöhen der Geschwindigkeit der von dem Servomotor angetriebenen Beutel­ herstellmaschine zu erhöhen, bis die Scheitel- bzw. Spitzen­ geschwindigkeit einer solchen Maschine sich der Scheitel­ bzw. Spitzengeschwindigkeit der herkömmlichen, eine Kupplungs-/ Bremseinrichtung verwendenden Maschine angleicht.

Beispielsweise wird unter Bezugnahme auf Fig. 3A und 3B beim Herstellen eines 22,9 cm breiten Beutel bei 200 Zyklen/Minute (Hauptantriebswellen- und Maschinentakte) mit einer Verweil­ zeit von 40° beim Verschließen mit einer bekannten Vorrich­ tung die Zugzeit ungefähr 0,15 Sekunden betragen (180°/360°× 0,3 Sekunden / Takt = 0,15 Sekunden). Die Filmscheitel- bzw. Spitzengeschwindigkeit wird bei der bekannten Maschine 295,3 cm pro Sekunde betragen. Da die Scheitelgeschwindigkeit des Filmes auf 295,3 cm pro Sekunde bei 200 Zyklen/Minute mit einer Ver­ weilzeit während des Verschließens von 40° begrenzt ist, kann diese Scheitelgeschwindigkeit in die gleiche Gleichung zum Errechnen der Takte/Minute bei einer Maschine mit servogetrie­ bener Zugrolle eingesetzt werden, wobei die Maschine einen 22,9 cm breiten Beutel mit einer Verweilzeit von 40° herstellt. Wenn die Filmscheitelgeschwindigkeit als Grenze (295,3 cm/ Sekunde) gehalten wird, muß sie größer oder gleich der Zugzeit bei einem 22,9 cm breiten Beutel sein, die über einen 230°-Zug 0,15484 Sekunden beträgt. Die Zyklus- bzw. Taktzeit wird 0,2423 Sekunden/Zyklus sein (0,15484 Sekunden/230°×360°/ Zyklus = 0,2423 Sekunden/Zyklus). Demzufolge sind 247 Takte/ Minute bei 295,3 cm pro Sekunde möglich, wenn die Zugzeit 230° beträgt, wie dies die Zugzeit ist, die sich bei einer ser­ vogetriebenen Zugrolle gemäß Erfindung ergibt. Die Verbesse­ rung von 47 Beuteln pro Minute unter Verwendung der von der Servoeinrichtung angetriebenen Zugrolle anstelle des herkömm­ lichen Kupplungs-Bremssystemes ist ein beträchtlicher Vorteil.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform als in Fig. 2 ge­ zeigt, nach welcher eineVerschließrollen-Schaltgetriebeein­ richtung zwischen der unteren Zugrolle 42 und der Verschließ­ rolle 50 vorgesehen ist. In Fig. 4, in welcher für gleiche Bauteile gleiche Bezugsziffern verwendet sind, ist die Schalt­ getriebeeinrichtung durch eine Malteserkreuz-Antriebsmechanik ersetzt, welche die Verschließrolle von der Hauptantriebs­ welle 54 antreibt.

In Fig. 6 ist die Anordnung des Malteserkreuz-Antriebes im einzelnen gezeigt. Diese Anordnung arbeitet als achtstufige Antriebvorrichtung, welche den Eingang von dem Hauptantrieb über ein Band 56 erhält, welches einen Exzenterstift 74 an­ treibt, der mit dem Malteserkreuz-Zahnrad 76 in Eingriff ist. Ein Band 78 treibt die Verschließrolle 50 in bekannter Weise an. Ein Vorteil des Malteserkreuz-Antriebes gegenüber der Schaltgetriebeeinrichtung besteht darin, daß eine geringere Trägheit im Getriebezug für den Servomotorantrieb zu über­ brücken ist, so daß die Last auf den Servomotor und dessen Verbindung mit der unteren Zugrolle reduziert wird. Das Mal­ teserkreuz-System gestattet ebenfalls ein separates stufenwei­ ses Schalten der Verschließrolle.

Zu den Anordnungen mit dem Malteserkreuz-Antrieb und der Schaltgetriebeeinrichtung sei hervorgehoben, daß die Antiprall­ bzw. Antirutschrolleneinrichtung 70 (anti-bounce roll means) von der unteren Zugrolle über das Band 72 angetrieben wird. Selbstverständlich kann auf die Einrichtung verzichtet werden und eine andere Einrichtung zum Steuern des Anschlagens bzw. Zurückschnellens der Bahn verwendet werden.

In Fig. 5A, 5B und 5C ist schematisch dargestellt, daß die untere Zugrolle in Umkehrung (Fig. 5B) geschaltet wird, um die Filmbahn 38 von der Verschließrolle 50 mittels des Servo­ antriebes zu ziehen. Dies erfolgt während einer Taktunter­ brechung, wenn eine gegebene Anzahl von Beuteln, wie beispiels­ weise 250 Beutel, die Maschine durchlaufen haben und auf den Stiften 22 gestapelt sind, so daß ein leerer Satz der Stifte in die Lage für den nächsten Beutelstapel geschaltet werden kann.

Zusätzlich zu den Einschränkungen bei der Beutelherstellung aufgrund der Beschleunigung der Filmbahn durch die Zugrollen wurde gefunden, daß eine weitere Einschränkung vorhanden sein kann, wenn die Beutel entfernt und gestapelt werden, wobei hierzu Stifte und Vakuumarme verwendet werden. Diese ist ein Spielraum zwischen den Vakuumarmen und einem neu hergestell­ ten Beutel. Wenn einmal ein Vakuumarm 20 (Fig. 2) einen Beutel aufgenommen hat, muß der Arm von dem Führungsrand des nächsten Beutels frei sein. Die Vakuumarme 20, die auch als Förderarme bekannt sind, haben an ihrem äußeren Ende eine typische Dicke von ungefähr 25,4 mm. Das Ende des Armes ist annähernd 25,4 mm von der Verschließrolle 50 bei herkömmlichen Maschinen beab­ standet und annähernd 508 mm lang. Um vom nächsten Beutel frei zu sein, muß sich der Arm 20 um annähernd 3° bewegen, so daß sich ein Spielraum von 25,4 mm (Dicke des Vakuumarms) er­ gibt. Bei Anordnungen mit sechs Armen müssen letztere mit einem Verhältnis von 6 : 1 angetrieben werden und benötigen somit 18° des Maschinenzyklus, um den Arm von dem Führungsrand des näch­ sten Beutels freizugeben.

Um zu gewährleisten, daß die Beutel nicht in die Vakuumarme reichen, besteht ein Verfahren darin, die Steuerungen der ser­ voangetriebenen Zugrolle zu verwenden, um sicherzustellen, daß die Zugzeit stufenweise ansteigt, wenn der Hauptantrieb seine Geschwindigkeit erhöht. Der Hauptantrieb kann seine maximale Geschwindigkeit nicht so schnell wie der Zugabschnitt erreichen, so daß der Zugabschnitt lediglich stufenweise er­ höht wird und die Maschinengeschwindigkeit nicht übersteigt. Hierdurch soll primär verhindert werden, daß die Beutel in die Vakuumarme gezogen werden. Der Servozugzyklus wird in Maschinengrad über den Hauptkodierer 66 und nicht in realer Zeit ausgedrückt. Die Zugrollengeschwindigkeit wird der Haupt­ antriebsgeschwindigkeit über den Hauptkodierer und die Rück­ führsteuerung 64 angepaßt, welche den Servomotor unter Steu­ erung des Bewegungsreglers betreibt. Somit beginnt beim Star­ ten der Maschine der Zug langsam und paßt sich der Hauptan­ triebsgeschwindigkeit an, bis der Hauptantrieb seine Geschwin­ digkeit erreicht. Die Zuggeschwindigkeit folgt der Hauptan­ triebsgeschwindigkeit, anstatt über sie hinauszugehen.

Eine Verbesserung der Förderarme ist in Fig. 1A gezeigt, wo­ nach an dem äußeren Ende des Förder- oder Vakuumarmes 20 ein abgeschrägtes Ende ausgebildet ist. Durch Abschrägen des Arm­ endes wird die effektive Dicke des Armes reduziert, so daß die erforderlichen Spielraumgrade verringert werden können. In dem obigen Beispiel kann die Bewegung von 3°, die erforder­ lich ist, um einen Spielraum von 25,4 mm zu ergeben, herabge­ setzt werden, indem das Ende des Armes eine Dicke von weniger als 25,4 mm aufweist. Dies gestattet ebenfalls kürzere Beutel­ herstellzeiten, weil die Förderarme schneller aus dem Weg des neuen Beutels entfernt werden.

In Fig. 7 ist ein Blockschema gezeigt, um die Beziehung zwischen den Steuerelementen der Maschine mit servoangetriebener Zug­ rolle darzustellen. Der Hauptkodierer ist der Kodierer 66, wel­ cher auf der Hauptantriebswelle eine Nullmarke aufnimmt. Das Kodierersignal wird zu dem Hauptkodiererinterface geleitet, welcher das Signal für den Maschinenzeitgebermodul verarbeitet, welcher die für den Profilgenerator verfügbare Zeit in Maschi­ nengrad einstellt.

Das erzeugte Profil wird zum Befehlsgenerator geleitet, welcher über den Servotranslator den Regelverstärker anweist, den Ser­ vomotor zu erregen, um die untere Zugrolle anzutreiben. Der Servomotordrehzahlgeber bzw. das Tachometer gibt die Servomo­ torgeschwindigkeit zurück zum Servo- bzw. Regelverstärker, während der Rückführkodierer 64 zum Servotranslator zurück­ führt, welcher nach Erreichen der gewünschten Zuggrade dem Profilgenerator signalisiert, daß der Zug vollständig ist.

(Hauptkodiererinterface Maschinentaktgebermodul, Befehls­ generator und Profilgenerator befinden sich alle in dem Be­ wegungsregler 32.)

Die in den mit gestrichelten Linien umrandeten Kästen ent­ haltenen Bauteile sind alternative Ausführungsformen zum Er­ reichen der befohlenen Zuglänge. Der linke Kasten wird ver­ wendet, wenn der im Beutel zu verarbeitende Film vorgedruckt und somit entsprechend registriert ist. Die Registriersteu­ erung bestimmt nach Überprüfen der Druckmarken auf dem Film die Zuglänge. Der rechte Kasten ist eine von der Betriebsperson gesteuerte Zuglängenauswahl, in welche die Bedienungsperson eine gewünschte Beutelzuglänge eingibt.

Es ist eine Beutelherstellmaschine beschrieben worden, welche einen von einer Servoeinrichtung betriebenen Zugrollenantrieb an Stelle von einem Hauptantrieb angetriebener Zugrollen nach dem Stand der Technik verwendet. Es lassen sich Modifikationen bei den beschriebenen Ausführungsformen durchführen, ohne sich jedoch dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.

Claims (4)

1. Vakuumarm für eine Förderstapelanordnung einer Beutelherstellmaschine, gekennzeichnet durch einen abgeschrägten Abschnitt am Außenende des Vakuumarmes (20).

2. Vakuumarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der abgeschrägte Abschnitt an der unteren Seite des Vakuumarmes befindet, welche im Betrieb des Vakuumarmes seiner führenden Seite nachläuft.

3. Vakuumarm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschrägte Abschnitt kürzer als die Länge des Vakuumarmes ist.

4. Verfahren zum Verbessern eines Vakuumarmes für eine Förderstapelanordnung einer Beutelherstellmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Seite des Vakuumarmes von dessen Außenende zu sei­ nem Innenende hin abgeschrägt wird.