DE602005005806T2 - Rotationseinheit zur ultraschalldichtung von röhrenförmigen endlosbändern - Google Patents

Rotationseinheit zur ultraschalldichtung von röhrenförmigen endlosbändern Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einheit zur Ultraschalldichtung von röhrenförmigen Endlosbändern.
  • Hintergrund
  • Bei FFS (Form-, Füll- und Dicht-)Maschinen ist es beispielsweise aus der US 6,574,944 bekannt, dass ein röhrenförmiges Endlosband aus thermoplastischem Material, in dem eine geordnete Aufeinanderfolge von Produkten aufgenommen ist, entlang einer Zuführbahn zugeführt wird, die durch eine bei einer Dichtstation angeordnete, rotierende Ultraschall-Dichteinheit verläuft, welche für ein Verschließen des röhrenförmigen Bandes entlang einer Abfolge von transversalen, jeweils bei einem entsprechenden, sich zwischen zwei benachbarten Produkten erstreckenden Abschnitt des röhrenförmigen Bandes angeordneten Dichtlinien sorgt.
  • Die oben beschriebene, bekannte Rotationseinheit entspricht dem Oberbegriff von Anspruch 1 und umfasst einen ersten und einen zweiten Rotor, die an gegenüberliegenden Seiten der Zuführbahn angeordnet sind, entsprechende Außenoberflächen (pitch surfaces) haben, die tangent zueinander und zu der Zuführbahn sind, und die in entgegengesetzte Richtungen um eine erste bzw. eine zweite Achse rotieren, die parallel zueinander sind und eine Ebene durch die Dichtstation und senkrecht zur Zuführbahn definieren.
  • Der erste Rotor ist ein Dichtrotor mit einer Anzahl radialer Dichtköpfe, die gleichmäßig um eine erste Achse verteilt sind und entsprechende Dichtoberflächen aufweisen, die einen Teil der jeweiligen Außenoberfläche bilden. Der erste Rotor hat auch eine ultraschallumwandelnde Betätigungsvorrichtung, die koaxial mit der ersten Rotationsachse ist. Der zweite Rotor ist ein Prallstock-Rotor (anvil rotor) mit einer Anzahl radial hervorstehender Prallstöcke, deren Gegen-Endfläche jeweils einen Teil der jeweiligen Außenoberfläche bildet und die Dichtstation zeitgleich mit einer entsprechenden Dichtoberfläche erreicht.
  • Die beiden Rotoren der oben beschriebenen, bekannten Rotationseinheit sind daher vollständig unterschiedlich und reagieren daher unterschiedlich auf die Kräfte, denen sie ausgesetzt sind, was zu einer unerwünschten Vibration im Betrieb führt, die in Kombination mit der Vibration der Rotationseinheit selbst zu einer verringerten Betriebspräzision und zeitweise zu einer Beschädigung eines der Rotoren führen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebene, bekannte Rotationseinheit zu verbessern, um den erwähnten Nachteil zu überwinden.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Rotationseinheit gemäß den beigefügten Ansprüchen bereitgestellt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Eine Anzahl nicht einschränkender Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
  • 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Rotationseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei aus Klarheitsgründen Teile weggelassen wurden;
  • 2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Rotationseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei aus Klarheitsgründen Teile weggelassen wurden.
  • Beste Form der Ausführung der Erfindung
  • Bezugszeichen 1 in 1 bezeichnet eine FFS (Form-, Füllund Dicht-)Maschine als Ganzes, wobei ein röhrenförmiges Endlosband 2, das eine geordnete Aufeinanderfolge von Produkten 3 aufnimmt, in bekannter Weise (nicht gezeigt) entlang einer durch eine Dichtstation 4 verlaufenden Zuführbahn P zugeführt wird, wobei die Maschine 1 eine rotierende Ultraschall-Dichteinheit 5 umfasst, um das röhrenförmige Band 2 entlang von Dichtlinien 6 zu verschließen, die quer zu der Achse des röhrenförmigen Bandes 2 und entlang entsprechender, sich zwischen jeweiligen Paaren benachbarter Produkte 3 erstreckender Abschnitte 7 des röhrenförmigen Bandes 2 angeordnet sind, und das röhrenförmige Band 2 entlang der Dichtlinien 6 zu durchtrennen, um eine Folge dichter, die jeweiligen Produkte 3 enthaltender Verpackungen 8 herzustellen.
  • Die Rotationseinheit umfasst zwei im Wesentlichen identische Rotoren 9, die auf gegenüberliegenden Seiten der Zuführbahn P angeordnet sind, in entgegengesetzte Richtungen um jeweilige Achsen 10 rotieren, die an der Dichtstation 4 eine zur Zuführbahn P senkrechte Ebene definieren, und jeweils zylindrische Außenflächen 11 aufweisen, die im Wesentlichen tangent zueinander und zur Zuführbahn P sind. Jeder Rotor 9 umfasst eine jeweilige angetriebene Scheibe 12, die mit der jeweiligen Achse 10 koaxial ist und eine zylindrische Randoberfläche 13 aufweist, die im Durchmesser kleiner ist als die jeweilige Außenfläche 11.
  • Ein jeweiliger Ultraschall-Dichtkopf 15 ist an jeder Scheibe 12 befestigt, gegenüber einer flachen Vorderfläche 14 der Scheibe 12 senkrecht zu der jeweiligen Achse 10 und koplanar mit der Vorderfläche 14 der anderen Scheibe 12 positioniert und weist eine entlang eines Durchmessers der jeweiligen Scheibe 12 verlaufende und die Bahn P im Betrieb schneidende Längsachse 16 auf.
  • Jeder Ultraschall-Dichtkopf 15 umfasst bekanntermaßen eine entsprechende Betätigungsvorrichtung 17, die mit einer Achse 16 des Dichtkopfs 15 koaxial ist und durch einen Wandler 18 mit einem Gegengewicht 19 zum Umwandeln der von einer (nicht gezeigten) Wechselstromquelle bereitgestellten elektrischen Energie in mechanische Vibration definiert ist; und ein entsprechendes Vibrations-Werkzeug oder Horn (horn) 20, das mit dem jeweiligen Wandler 18 verbunden und auf den jeweiligen Wandler 18 und das jeweilige Gegengewicht 19 entlang der jeweiligen Längsachse 16 ausgerichtet ist. An einem freien Ende weist jedes Horn 20 eine Dichtoberfläche 21 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu der jeweiligen Längsachse 16 ist, im Wesentlichen rechteckig mit einer auf die Ebene von 1 senkrechten Hauptachse ist, länger als die Breite des röhrenförmigen Bandes 2 ist und entlang der jeweiligen Außenoberfläche 11 verläuft.
  • Auf einer entsprechenden Knotenebene (nodal plane) 22 weist das Horn 20 jedes Dichtkopfes 15 Außen-Befestigungselemente 23 auf, die durch elastische Halterungen 24 mit der Vorderfläche 14 der jeweiligen Scheibe 12 verbunden sind.
  • Die Randfläche 13 jeder Scheibe 12 ist mit einem Prallstock 25 in der Form eines prismatischen Blocks ausgestattet, der einen Rechteckquerschnitt aufweist, in Bezug auf die jeweilige Randoberfläche 13 radial und in Bezug auf die jeweilige Vorderfläche 14 axial hervorsteht und radial nach außen durch eine Gegenfläche 26 begrenzt ist, die der jeweiligen Dichtoberfläche 21 diametral gegenüberliegt und im Wesentlichen mit ihr identisch ist, und die entlang der jeweiligen Außenfläche 11 verläuft. Ein Schlitz 27 durch jede Gegenfläche 26 ist parallel zu der jeweiligen Achse 10 ausgebildet und nimmt eine Schneide 28 auf.
  • Im tatsächlichen Einsatz sind die Rotoren 9 zueinander um 180° versetzt und rotieren nach demselben Bewegungsgesetz in entgegengesetzte Richtungen, so dass eine Dichtoberfläche 21 eines Rotors 9 zeitgleich mit der entsprechenden Gegenfläche 26 des anderen Rotors 9 und mit einem jeweiligen Abschnitt 7 des röhrenförmigen Bandes 2 durch die Dichtstation 4 hindurch läuft, und so dass die entsprechende Dichtoberfläche 21 und die entsprechende Gegenfläche 26 mit veränderlichen linearen Geschwindigkeiten um die jeweiligen Achsen 10 laufen, die zu jeder Zeit gleich zueinander gehalten werden und normalerweise größer sind als die Durchlaufgeschwindigkeit des röhrenförmigen Bandes 2, aber durch die Dichtstation 4 mit derselben Geschwindigkeit hindurch laufen, die gleich der Durchlaufgeschwindigkeit des röhrenförmigen Bandes 2 ist. Dasselbe Ergebnis kann zum Beispiel erzielt werden, indem jeder Rotor 9 auf bekannte Weise mit einem jeweiligen (nicht gezeigten) "bürstenlosen" elektrischen Motor verbunden wird, den eine (nicht gezeigte) zentrale Steuerungseinheit steuert.
  • Bei ihrer Abwälzbewegung gegeneinander in der Dichtstation 4 greifen eine Dichtoberfläche 21 und eine entsprechende Gegenfläche 26 einen jeweiligen Abschnitt 7 und reduzieren ihn auf zwei übereinanderliegende, sich berührende Schichten aus thermoplastischem Material, die durch den jeweiligen Dichtkopf 15 entlang einer jeweiligen Dichtlinie 6 (die im gezeigten Beispiel ein Dichtstreifen von ungefähr derselben Breite wie die jeweilige Dichtoberfläche 21 ist) miteinander versiegelt werden. Zur selben Zeit wirkt die jeweilige Schneide 28 auf das röhrenförmige Band 2 ein, um es entlang der jeweiligen Dichtlinie 6 abzuschneiden und vom röhrenförmigen Band 2 eine dichte, ein jeweiliges Produkt 3 aufnehmende Verpackung 8 abzutrennen.
  • In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass jede Größenänderung, die normalerweise eine Änderung der Abstände der Abschnitte 7 bedeutet, durch ein einfaches Ändern des Bewegungsgesetzes der Rotoren 9 durchgeführt werden kann; und dass sich die Rotoren 9 auf Grund ihrer Identität nicht nur dynamisch auf exakt dieselbe Weise verhalten, sondern auch eine beträchtliche Verringerung sowohl der Herstellungs- als auch der Instandhaltungskosten der Rotationseinheit 5 ermöglichen.
  • In diesem Zusammenhang sollte auch darauf hingewiesen werden, dass das Dichten und Abtrennen im Gegensatz zu einer im Wesentlichen gleichzeitigen Durchführung wie bei der Rotationseinheit 5 zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt werden kann, indem die Schneiden 28 der Prallstöcke 25 entfernt und die dichten Verpackungen 8 in einer nachgeordneten Abtrennstation abgetrennt werden.
  • Die Ausführungsform aus 2 zeigt eine Rotationseinheit 5, bei der die Rotoren 9 im Wesentlichen immer noch identisch sind, aber jeweils zwei Dichtköpfe 15 und zwei Prallstöcke 25 umfassen und mit Scheiben 12 derselben Größe wie die in der Ausführungsform aus 1 für eine Herstellung kürzerer dichter Verpackungen 8 als bei der Rotationseinheit 5 aus 1 sorgen.
  • Bei der Rotationseinheit 5 aus 2 sind die beiden Dichtköpfe 15 jedes Rotors 9 parallel, in entgegengesetzte Richtungen angeordnet und an einer jeweiligen Scheibe 12 auf gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen Achse 10 befestigt, und die jeweiligen Dichtoberflächen 21 liegen einander in einer diametralen Ebene P1 diametral gegenüber; und die beiden Prallstöcke 25 sind in einer zur Ebene P1 senkrechten, diametralen Ebene P2 einander diametral gegenüberliegend an einer jeweiligen Scheibe 12 befestigt.
  • Im tatsächlichen Gebrauch rotieren die beiden Rotoren 9 in der Ausführungsform aus 2 offensichtlich um 90° versetzt zueinander um die jeweiligen Achsen 10.
  • Die Rotoren 9 können auch hergestellt werden, dass sie jeweils eine Anzahl von Dichtköpfen 15 und eine gleiche Anzahl von Prallstöcken 25 umfassen. In dieser (nicht gezeigten) Variation können die Hörner 20 radial von einer einzelnen Betätigungsvorrichtung 17 heraus vorstehen, und die Prallstöcke 25 können dieselben sein wie die in den Ausführungsformen aus 1 und 2.
  • Wie in den Ausführungsformen aus den 1 und 2, definieren in der oben beschriebenen (nicht gezeigten) Variation die Dichtoberflächen 21 und die Gegenflächen 26 jedes Rotors 9 jeweilige Abschnitte einer jeweiligen Außenfläche 11 und wechseln sich entlang der jeweiligen Außenfläche 11 und um eine jeweilige Achse 10 ab; jede Dichtoberfläche 21 definiert mit jeder benachbarten Gegenfläche 26 und entlang einer jeweiligen Außenfläche 11 einen Bogen, der um eine jeweilige Achse 10 verläuft und durch einen zentralen Winkel eingeschaltet ist, der für jedes Paar benachbarter Dichtober- und -gegenflächen 21 und 26 konstant ist; und die beiden Rotoren 9 sind winkelmäßig um den zentralen Winkel versetzt.

Claims (8)

  1. Rotationseinheit (5) einer FFS (Form-, Füll- und Dicht-)Maschine (1) zur Ultraschalldichtung eines röhrenförmigen Endlosbandes (2), in dem eine geordnete Aufeinanderfolge von Produkten (3) aufgenommen ist und entlang einer Zuführbahn (P) zugeführt wird, die durch eine Dichtstation (4) verläuft; wobei die Rotationseinheit (5) umfasst: zwei Rotoren (9), die an gegenüberliegenden Seiten der Zuführbahn (P) angeordnet sind und die in entgegengesetzte Richtungen um jeweilige Drehachsen (10) rotieren und jeweilige Aussenoberflächen (11) haben, die tangent zueinander und zu der Zuführbahn (P) sind; und wobei wenigstens ein Ultraschalldichtkopf (15), der Teil eines der beiden Rotoren (9) bildet, bei der Dichtstation (4) mit einem entsprechenden Prallstock (25) zusammenwirkt, der einen Teil des anderen Rotors (9) bildet, wobei jeder Dichtkopf (15) eine jeweilige Dichtoberfläche (21) hat, jeder Prallstock (25) eine jeweilige Gegenfläche (26) hat und die Dichtoberfläche (21) und die Gegenfläche (26) jeweilige Abschnitte der Aussenfläche (11) des jeweiligen Rotors (9) definieren, um das röhrenförmige Band (2) entlang einer transversalen Dichtlinie (6) zu verschließen, die bei einem jeweiligen Abschnitt (7) des röhrenförmigen Bandes (2) angeordnet ist, der sich zwischen zwei jeweiligen benachbarten Produkten (3) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dichtkopf (15) eine jeweilige Betätigungsvorrichtung (17) umfasst, die koaxial zu einer Achse (16) des Dichtkopfes ist, und dass jeder der Rotoren (9) eine vorgegebene Anzahl an Dichtköpfen (15) und eine gleiche Anzahl an Prallstöcken (25) umfasst, wobei die beiden Rotoren (9) im wesentlichen identisch sind.
  2. Einheit nach Anspruch 1, bei der die Dichtoberflächen (21) und die Gegenflächen (26) jedes Rotors (9) entlang der Aussenfläche (11) des jeweiligen Rotors (9) und um die jeweilige Drehachse (10) abwechseln.
  3. Einheit nach Anspruch 2, bei der jede Dichtoberfläche (21) jedes Rotors (9) mit jeder benachbarten Gegenfläche (26) und entlang der jeweiligen Aussenfläche (11) einen Bogen definiert, der um die jeweilige Drehachse (10) verläuft und eingeschaltet ist durch einen zentralen Winkel, der für jedes Paar benachbarter Dichtober-(21) und Gegen-(26)flächen konstant ist.
  4. Einheit nach Anspruch 3, bei der die beiden Rotoren (9) winkelmäßig um den zentralen Winkel versetzt sind.
  5. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der jeder der Rotoren (9) nur einen Dichtkopf (15) umfasst, der eine jeweilige Dichtoberfläche (21) hat; und nur einen Prallstock (25), der eine jeweilige Gegenfläche (26) hat; wobei die Dichtoberfläche (21) und die Gegenfläche (26) diametral gegenüberliegend entlang der Aussenfläche (11) des jeweiligen Rotors (9) sind.
  6. Einheit nach Anspruch 5, bei der der Dichtkopf (15) eine Längsachse (16) senkrecht zu der relativen Drehachse (10) hat.
  7. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der jeder der Rotoren (9) zwei Prallstöcke (25) umfasst, die jeweilige Gegenflächen (26) haben; und zwei Dichtköpfe (15), die jeweilige Längsachsen (16) parallel zueinander, kreuzweise zu der relativen Drehachse (10) und an gegenüberliegenden Seiten der Drehachse (10) angeordnet, haben; wobei die beiden Dichtköpfe (15) jeweilige Dichtoberflächen (21), diametral gegenüberliegend entlang der Aussenfläche (11) des relativen Rotors (9) und in einer ersten diametralen Ebene (P1) liegend, haben; und wobei die beiden Gegenflächen (26) diametral gegenüberliegend entlang der Aussenfläche (11) des relativen Rotors (9) sind und in einer zweiten diametralen Ebene (P2), senkrecht zu der ersten diametralen Ebene (P1), liegen.
  8. Einheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der jeder Prallstock eine Klinge (28) hat, die bei der Dichtstation (4) mit dem entsprechenden Dichtkopf zusammenwirkt, um das röhrenförmige Band (2) entlang der relativen Dichtlinie (6) zu schneiden.
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