DE4125294A1 - Getriebe fuer eine verpackungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Getriebe gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Die vorliegende Erfindung bildet eine Weiterentwicklung des Standes der Technik, auf den sich die Fig. 2 und 3 bezie­ hen.

In dieser Zeichnung bilden drei Zahnräder 1, 2 und 3 Teile eines Zahnradgetriebes. Das Zahnrad 1 kann zur Beschreibung als antreibendes Teil angesehen werden, weil es mit einer entsprechenden Eingangswelle gekuppelt ist, die (von nicht gezeigten Antriebsmitteln) um eine entsprechende Achse X1 gedreht wird.

Das um eine entsprechende Achse X2 drehbare Zahnrad 2 wirkt als Übertragungsglied für die Drehbewegung auf das Zahnrad 3, das den angetriebenen Teil des Zahnradgetriebes bildet und die Bewegung auf eine entsprechende um die Achse X3 drehbare Ausgangswelle überträgt.

Zwei feste Arme, mit 4 und 5 bezeichnet, verbinden jeweils das Eingangszahnrad 1 mit dem Zwischenrad 2 und das Zwischenrad 2 mit dem Ausgangszahnrad 3.

Diese Darstellung ist natürlich bewußt schematisch und soll zeigen, daß die Arme 4 und 5 so arbeiten, daß ein konstan­ ter Abstand zwischen der Achse X1 und der Achse X2 sowie zwischen der Achse X2 und der Achse X3 erhalten bleibt.

Nach den bekannten Regeln der Mechanik ist das Verhältnis zwischen den Drehzahlen des mit der Ausgangswelle verbunde­ nen Ausgangszahnrades 3 und des mit der Eingangswelle ver­ bundenen Zahnrades 1 umgekehrt proportional zu dem Verhält­ nis der Durchmesser der jeweiligen Zahnräder 3 und 1.

Außerdem hat sich in der Praxis gezeigt, daß die Bedingun­ gen, unter denen die Bewegung durch das Getriebe übertragen werden, durch Veränderungen in der Geometrie des Getriebes variiert werden können, soweit es die gegenseitigen Winkel­ positionen der Ausgangswelle und der Eingangswelle (die sogenannte Phasenbeziehung) betrifft. Weiterhin kann eine zyklische Phasenänderung eine entsprechende zyklische Ver­ änderung der Drehzahl der Ausgangswelle um ihren Mittel­ wert, der durch das Übersetzungsverhältnis, d. h. durch die Durchmesser der Zähnräder 1 und 3 des Getriebes festgelegt ist, verursachen.

Insbesondere kann dieses Ergebnis erreicht werden, wenn die mit dem Eingangszahnrad drehfest verbundene Welle auf einer rotierenden Vorrichtung angebracht ist, mit der die Welle und somit das Eingangszahnrad 1 insgesamt auf einem kreis­ förmigen Weg wie der in den Fig. 2 und 3 durch eine ge­ strichelte Linie und mit T1 bezeichneten Strecke geführt wird.

Die Größe des von den Armen 4 und 5 eingeschlossenen Win­ kels, die miteinander auf der Achse X2 des Zahnrades 2 ver­ bunden sind, kann somit zyklisch variiert werden. Insbeson­ dere fallen die beiden mit α′ und α′′ bezeichneten Werte in Fig. 2 und 3 im wesentlichen mit den Maximal- und Minimal­ werten zusammen, die die Winkel aufweisen, wenn sich die Drehachse X1 des angetriebenen Zahnrades 1 auf ihrem Weg T1 in zwei sich diametral gegenüberliegenden Positionen ent­ lang dem Weg des Armes 4 befindet.

Natürlich kann die Geometrie des Getriebes aus Fig. 2 und 3 zumindest im Prinzip unter Verwendung verschiedener Lösun­ gen verändert werden: z. B. mit einer zusätzlichen und/oder anderen Verstellbarkeit der Position der Drehachse X3 des Ausgangszahnrades 3.

Auf jeden Fall ist ersichtlich, daß solch eine Veränderung der Geometrie des Getriebes eine Veränderung in der relati­ ven Winkelposition des Ausgangszahnrades 3 und des Ein­ gangszahnrades 1 (ihrer sogenannten Phasenbeziehung) ver­ ursacht.

In diesem Zusammenhang genügt es, die Fig. 2 und 3 zu ver­ gleichen, um zu sehen, wie sich die Winkelposition des Aus­ gangszahnrades 3 verändert, wenn das Zahnrad 1 von der in Fig. 2 gezeigten Position zu der in Fig. 3 gezeigten Posi­ tion und zurück bewegt wird, falls die anderen Parameter unverändert bleiben. Um diese Erscheinung leichter zu ver­ stehen, genügt es in diesem Zusammenhang einen imaginären Betriebszustand zu betrachten, in dem angenommen wird, daß das Zahnrad 1 sich nicht um seine Achse dreht und deshalb tatsächlich keine Drehbewegung von dem Getriebe übertragen wird (ausgenommen die Winkellage des Ausgangszahnrades 3, hervorgerufen durch die Änderung in der Geometrie des Ge­ triebes).

Wenn das Getriebe in Betrieb ist und die Drehbewegung tat­ sächlich kontinuierlich von dem Eingangszahnrad 1 über das Zwischenrad 2 auf das Ausgangszahnrad 3 übertragen wird, ist ebenso ersichtlich, daß seine Winkelorientierung im Ergebnis eine Art Vor- und Nacheilen des Ausgangszahnrades 3 darstellt, d. h. praktisch eine "Oszillation" der Drehzahl des Ausgangszahnrades 3 um seine mittlere Drehzahl (festge­ legt von dem Übersetzungsverhältnis). Und diese Oszillation findet mit einer Frequenz statt, die von der Frequenz, mit der die Geometrie des Getriebes verändert wird, bestimmt wird. Wenn bspw. die Drehachse X1 des Eingangszahnrades 1 entlang dem Weg T1 mit einer bestimmten Frequenz bewegt wird (x Umdrehungen pro Minute) , wird sich die Drehzahl des Ausgangszahnrades 3 mehr oder weniger sinusformig mit der­ selben Frequenz um ihren Mittelwert verändern.

Man kann auch feststellen, daß die Schwankungsamplitude der Drehzahl des Ausgangszahnrades 3 (d. h. die Differenz zwi­ schen seiner Maximalgeschwindigkeit max. und seiner Mini­ malgeschwindigkeit min.) wahlweise durch Veränderungen in der Exzentrizität der Kreisbewegung des Eingangszahnrades 1 (d. h. des Durchmessers seines Weges T1) geändert werden kann.

Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Lösung nach dem Stand der Technik wurde bspw. erfolgreich angewendet, um den rotie­ renden Verschließ- und Schweißbacken von Verpackungsmaschi­ nen der in dem italienischen Patent Nr. 12 08 411 und der entsprechenden US-PS 48 62 673 beschriebenen Bauart die notwendige Oszillation der Drehzahl zu verleihen.

Allerdings sind dem Getriebe nach den Fig. 2 und 3 eini­ ge Beschränkungen eigen, die zu berücksichtigen sind.

Insbesondere werden bei Verpackungsmaschinen der oben ge­ nannten Bauart immer höhere Arbeitsgeschwindigkeiten er­ reicht. Für das fragliche Getriebe bedeutet das einen An­ stieg der Drehzahl der Eingangswelle, die die Bewegung der Backen steuert, und somit eine Erhöhung der absoluten Dreh­ zahl des ganzen Getriebes, insbesondere des Eingangszahnra­ des 1, und die Notwendigkeit, die Frequenz der Kreisbewe­ gung des Eingangszahnrades 1 auf seinem Weg T1 zu erhöhen: die Drehzahl der Backen muß in der Tat einen vollständigen Schwankungszyklus für jeden verpackten Artikel durchlaufen.

All dies führt zu einem beträchtlichen Anstieg der auf das Eingangszahnrad 1 einwirkenden Belastungen, das - während des Betriebs - sowohl der normalen Drehbewegung als auch der Kreisbewegung auf dem Weg T1 unterliegt. Das Erforder­ nis, größeren Belastungen widerstehen zu können, kann im Prinzip durch die Verwendung größerer Zahnräder erfüllt werden.

Diese Wahl würde jedoch entsprechend die Vergrößerung der Dimensionen des Ausgangszahnrades 3 erfordern (das Überset­ zungsverhaltnis des Getriebes wird schließlich von dem Ver­ hältnis der Durchmesser der Zahnräder 1 und 3 bestimmt). Außer, daß das Getriebe insgesamt deutlich größer wird (wo­ durch es wegen seiner größeren Trägheit wesentlich schlech­ ter auf die Oszillationen seiner Geschwindigkeit anspricht) und die Exzentervorrichtung, auf der das Eingangszahnrad 1 befestigt ist, noch schwieriger herzustellen ist, hat diese Lösung eine innewohnende Beschränkung insofern, als es un­ möglich ist, die Abmessungen des Ausgangszahnrades 3 über einen mit den Maschinendimensionen verträglichen Höchstwert hinaus zu vergrößern.

Hinzu kommt der Umstand, daß es bei dem obengenannten Ein­ satzbereich im allgemeinen erstrebenswert ist, das Getriebe und insbesondere das Eingangszahnrad 1 nicht in einem Ölbad betreiben zu müssen.

Beim Auftreten bestimmter unvorhergesehener Ereignisse wie z. B. wenn der Maschine kein zu verpackender Gegenstand zu­ geführt ist es außerdem in solchen speziellen Anwendungsbe­ reichen (wie z. B. demjenigen, auf den sich die zeitgleiche Patentanmeldung der Anmelderin bezieht) erstrebenswert, der Oszillation der Backen eine temporäre Phasendifferenz zwi­ schen dem Zahnrad 3 und dem Zahnrad 1 - für eine Zeitdauer zu überlagern, die der nicht zugeführte Gegenstand benötigt hätte, um die Maschine zu durchlaufen - wobei die normale Betriebsbedingung sofort und genau wiederhergestellt wird, sobald die Übergangsphase vorüber ist.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes Getriebe zu schaffen, das nicht den oben­ genannten Einschränkungen unterliegt.

In der Zeichnung sind der Stand der Technik und Ausfüh­ rungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Getriebe in einer schema­ tischen Darstellung;

Fig. 2 und Fig. 3 Betriebszustände eines Getriebes nach dem Stand der Technik in einer schematischen Darstel­ lung; sowie

Fig. 4 das Getriebe aus Fig. 1 in einer anderen Anordnung.

In den Fig. 1 und 4 sind im wesentlichen gleiche oder äquivalente Bauteile, die schon mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 beschrieben worden sind, mit denselben Bezugszeichen versehen worden.

Dies betrifft insbesondere das Eingangszahnrad 1 und das Ausgangszahnrad 3 sowie die unmittelbar zugehörigen Bautei­ le.

Das wesentliche Merkmal der Vorrichtung nach Fig. 4 ist, daß die Bewegung zwischen dem Eingangszahnrad 1 und dem Ausgangszahnrad 3 mit Hilfe von zwei Zwischenrädern 6 und 7 übertragen wird.

Im einzelnen kämmt das Zahnrad 6 mit dem Zahnrad 1 und dem Zahnrad 7, während das Zahnrad 7 mit dem Zahnrad 6 und dem Zahnrad 3 kämmt. Drei mit 8, 9 und 10 bezeichneten Lenker sind gelenkig miteinander verbunden und stellen jeweils die Verbindung her zwischen:

• - der Drehachse X1 des Zahnrades 1 und der Drehachse X6 des Zahnrades 6 (Arm 8),
• - der Drehachse X6 des Zahnrades 6 und der Drehachse X7 des Zahnrades 7 (Arm 9), und
• - der Drehachse X7 des Zahnrades 7 und der Drehachse X3 des Zahnrades 3 (Arm 10).

Die Lenker oder Arme 8, 9 und 10 erstrecken sich allgemein entlang den Seiten eines Vielecks, das erkennbar nicht vollständig definiert ist, in dem Sinne, daß die Achsen X6 und X7 eine gewisse Bewegungsfreiheit in der Ebene des Vielecks behalten, wenn die Achsen X1 und X3 in fixierten Positionen gehalten werden. Dies ist bei den Getrieben nach dem Stand der Technik in den Fig. 2 und 3 sicher nicht der Fall, denn die Achse X2 des Zwischenrades 2 liegt notwendi­ gerweise auf einer festen Position, wenn die Achsen X1 und X3 in festen Positionen gehalten werden: in diesem Fall wird die Veränderung der Geometrie des Getriebes durch die Kreisbewegung des Zahnrades 1 und folglich der Achse X1 entlang dem Weg T1 erreicht.

Die Bewegungen der Achsen X6 und X7 in der Anordnung gemäß den Fig. 1 und 4 sind jedoch nicht vollständig unabhängig. Tatsächlich ist der sich ergebende Weg der Achse X7 eindeu­ tig bestimmt, wenn die Achsen X1 und X3 festgehalten werden und die Achse X6 entlang einem festgelegten Weg bewegt wird (im allgemeinen in einer Kreisbogenbewegung bezüglich der Achse X1).

Die Geometrie der Anordnung in den Fig. 1 und 4 und insbe­ sondere ihre Verstellbarkeit kann zu mindestens zwei ver­ schiedenen Zwecken eingesetzt werden.

Die erste Möglichkeit besteht darin, die Achse X6 (d. h. die Welle oder den Zapfen, um den das Zwischenrad 6 rotiert) mit einer Vorrichtung zu verbinden, die von einer Verbin­ dungsstange 11 und einer Kurbel 12 gebildet wird. Diese läuft um eine entsprechende Achse X12 um und erteilt der Achse X6 eine periodische Hin- und Herbewegung entlang ei­ nem allgemein bogenförmigen Weg T2, dessen Mittelpunkt auf der Achse X1 des Zahnrades 1 liegt.

Die Vorrichtung 11, 12 könnte natürlich genauso gut mit dem Zwischenrad 6 verbunden werden wie sie mit dem Zwischenrad 7 verbunden ist.

Entsprechend der ausführlichen Funktionsbeschreibung in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 ergibt die Hin- und Herbe­ wegung der Achse X6 des Zahnrades 6 eine Oszillation der Winkelposition und folglich der Winkelgeschwindigkeit des Zahnrades 3 während des Betriebs des Getriebes, wenn alles andere unverändert bleibt. Die Amplitude der Oszillation ist durch die Länge des Weges T2 und folglich durch den Grad der Exzentrizität des Kurbelzapfens 12 festgelegt, dessen Exzentrizität wahlweise veränderbar und einstellbar gemacht werden kann. Die Frequenz der Oszillation ist ein­ deutig von der Drehzahl der Kurbel 12 um ihre Achse X12 bestimmt.

Bei der Lösung aus Fig. 1 ist es deshalb möglich, die Dreh­ zahl des Zahnrades 3 oszillieren zu lassen, während die Rotationsachse X1 des Eingangszahnrades 1 in Ruhe bleibt.

Die Oszillation der Geschwindigkeit des Ausgangszahnrades 3 wird durch die Einschaltung von Teilen (der Kurbel 12 und ihrer Verbindungsstange 11) erreicht, die nicht Teil der Kraftübertragungsvorrichtung sind, in dem Sinne, daß sie keine Rolle bei der Festlegung des Übersetzungsverhältnis­ ses des Getriebes spielen.

Das bedeutet, daß die in der Beschreibungseinleitung aufge­ zeigten Probleme bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht auftreten.

Insbesondere ist das Folgende zu beachten.

Bei einem gegebenen Übersetzungsverhältnis zwischen dem Eingangszahnrad 1 und dem Ausgangszahnrad 3 ist es durch die Wahl der Durchmesser der Zwischenräder 6 und 7 möglich, eine übermäßige Verringerung der Abmessungen des Eingangs­ zahnrades 1 in einem Maße, wie es für die Verschleißfestig­ keit entscheidend ist, zu vermeiden. Gleichzeitig ist es nicht erforderlich, ein übermäßig großes Ausgangszahnrad zu verwenden, das nicht mit den typischen Größenbeschränkungen der Maschine verträglich wäre, in die die Vorrichtung ein­ gebaut wird. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erlaubt einen größeren Abstand zwischen dem Eingangszahnrad 1 und dem Ausgangszahnrad 3 als das Beispiel nach Fig. 2.

Außerdem ist es möglich, die Anordnung eines Teils der Ver­ bindungsstangen- und Kurbelvorrichtung in einem Ölbad zu erwagen, um ihre Betriebsbedingungen zu verbessern.

Die Variante gemäß Fig. 4 erlaubt es, bei der erfindungs­ gemäßen Anordnung ein Element des Standes der Technik zu verwenden, nämlich die Möglichkeit, der Drehachse X1 eine kreisförmige Drehbewegung auf dem Kreisweg T1 zu erteilen.

In diesem Fall nimmt der Arm 10, der die Verbindung zwi­ schen der Drehachse X7 des Zwischenrades 7 und der Drehach­ se X3 der Ausgangszahnrades 3 bildet, die Form eines wirk­ lich drehbaren Elements an, das durch den Eingriff eines Antriebsarmes 13 wählbar eingestellt werden kann. Der An­ triebsarm 13 wird von einem dreieckigen Element 14 bewegt, das von einem pneumatischen oder hydraulischen Arbeitszy­ linder 15 um eine entsprechende Achse X14 gedreht wird.

Im allgemeinen ist das Element 10 zwischen einer ersten Ar­ beitsstellung A, die in Fig. 4 mit einer durchgezogenen Linie bezeichnet ist, und einer zweiten Arbeitsstellung B, die in derselben Figur gestrichelt dargestellt ist, beweg­ lich.

Beispielsweise sei angenommen, daß das Element 10 die Posi­ tion A einnimmt, wenn der Arbeitszylinder 15 in seiner Ru­ hestellung ist, und die Position B erreicht, wenn der Zy­ linder so betätigt wird, daß seine Kolbenstange sich nach außen bewegt.

Die Bewegung des Elements 10, die in einer Art Schaltbewe­ gung stattfindet, d. h. ohne ein merkliches Verharren in einer Zwischenposition, bewirkt im wesentlichen eine Ände­ rung der Geometrie der Vorrichtung und folglich eine Ände­ rung in der momentanen Phase der Drehung des Ausgangszahn­ rades 3 bezüglich des Eingangszahnrades 1.

Diese Eigenschaft kann vorteilhaft z. B. bei Verpackungsma­ schinen und insbesondere bei der Verpackungsmaschine, die in der zeitgleichen Patentanmeldung der Anmelderin offen­ bart wird, ausgenutzt werden.

In diesem besonderen Fall ist es erstrebenswert, das Auf­ treten einer oder mehrerer leerer Positionen in dem Strom von Gegenständen, der an die Verpackungsmaschine geliefert wird, (z. B. mit optischen Mitteln gemäß bekannten Verfah­ ren) zu erkennen und dann einen Phasenwechsel zu veranlas­ sen, damit die Backen der Maschine (die vorzugsweise von der Bauart mit zwei hintereinander angeordneten Verschluß­ einheiten ist) zuruckgehalten werden. Beispielsweise müssen die Backen entsprechend ihrer Stellung verzögert oder be­ schleunigt werden oder mit anderen Worten die Phase ihrer rotierenden Verschließbewegung muß vor- oder nachgestellt werden, damit der Umstand berücksichtigt wird, daß sie eine leere Verpackung verschließen werden, d. h. eine Verpackung, die keinen Gegenstand enthält.

Wenn eine Lücke in dem zugeführten Strom erkannt wird, greift die Steuerung des Systems (normalerweise ein Mikro­ controller oder eine andere programmierbare Steuerung) ein und betätigt den Arbeitszylinder 15 zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die resultierende Drehung des Elements 10 von der Position A zu der Position B beschleunigt oder verzo­ gert die Backen so, wie es wegen der Bearbeitung einer lee­ ren Verpackung erforderlich ist. Sobald dieser Zwischenzu­ stand vorüber gegangen ist, führt die Steuerung der Maschi­ ne den Arbeitszylinder in seine Ruheposition zurück, so daß das Element 10 genau in seine vorherige Position A zurück­ kehrt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die ur­ sprünglichen Betriebsbedingungen der Backen präzise und schnell wieder hergestellt werden, wenn der Zwischenzustand vorüber gegangen ist.

Claims (7)

1. Getriebeanordnung mit einem Eingangszahnrad (1), einem Ausgangszahnrad (3) und wenigstens einem Zwischenrad (6, 7), deren Drehachsen (X1, X6, X7, X3) mit Armen (8-10) verbunden sind, die eine Veränderung der Geome­ trie der Anordnung ermöglichen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anordnung wenigstens zwei Zwischenräder (6, 7) und folglich wenigstens drei sich in einer all­ gemein vieleckigen Anordnung erstreckende Arme (8-10) umfaßt, und daß sie Mittel (11, 12; 13-15) zum wahl­ weisen Verändern der Geometrie des Vielecks umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine Verbindungsstange (11) und eine Kurbel (12) umfassen und der Achse (X6) des wenigstens einen Zwischenrades (6) eine allgemeine Hin- und Her­ bewegung (T1) erteilen, so daß die Phasenlage der Dre­ hung des Ausgangszahnrades (3) relativ zu der Phasen­ lage der Drehung des Eingangszahnrades (1) zum Oszil­ lieren gebracht wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel Steuerteile (13-15) zum Ein­ stellen wenigstens eines (10) der Arme zwischen einer ersten Arbeitsstellung (A) und einer zweiten Arbeits­ stellung (B) umfassen, und daß der wenigstens eine Arm (10) verschiedene Winkelorientierungen annimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (12-15) wenigstens einen (20) der Arme zwischen der ersten (A) und der zweiten (B) Ar­ beitsstellung in einer allgemeinen Schaltbewegung ein­ stellt, im wesentlichen ohne daß der Arm in irgend einer Zwischenstellung verbleibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerteil einen Fluid-Arbeitszylin­ der (16) umfaßt.

6. Vorrichtung nach irgend einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß sie ebenso Mittel aufweist, um der Achse (X1) von wenigstens dem Ein­ gangszahnrad (1) oder dem Ausgangszahnrad (3) eine allgemeine Orbitalbewegung entlang einer Kreisbahn (T1) zu erteilen.

7. Maschine, insbesondere eine Verpackungsmaschine, die eine Vorrichtung nach irgend einem der Ansprüche 1-6 enthält.