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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verpackungsmaschine und das
entsprechende Verpackungsverfahren, insbesondere eine Verpackungsmaschine
mit zwei gegenüberliegenden
Spulen.
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Es
ist bekannt, dass es sich bei Verpackungsmaschinen um Maschinen
handelt, die geeignet sind, eine Ladeeinheit mit einem Kunststofffilm
zu umwickeln, und zwar normalerweise mit einem dehnbaren Film. Das
Verpacken der Ladeeinheit erfolgt, indem eine Spule mit dehnbarem
Film und die Ladeeinheit relativ zueinander in eine Dreh- und Verfahrbewegung
gebracht werden: Dies kann normalerweise geschehen, indem entweder
die Ladeeinheit fest angeordnet bleibt und die Spule um sie herum
bewegt wird, oder indem die Drehung der Ladeeinheit mit dem Verfahren
der Spule parallel zur Drehachse der Ladeeinheit kombiniert wird.
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Es
ist auch bekannt, dass eines der schwerwiegendsten Probleme dieses
Gebiets das Behandeln des Ablösepunkts
des Films an der zu verpackenden Ladeeinheit ist, und zwar sowohl
zu Beginn als auch am Ende des Verpackungsvorgangs. So muss auf
der einen Seite das freie Ende des Films dazu gebracht werden, während der
Anfangsphase des Verpackungsvorgangs an der Ladeeinheit zu haften,
während
auf der anderen Seite in der Schlussphase des Verpackungsvorgangs
das Endstück
des Films an der Ladeeinheit befestigt, geschnitten und wieder ergriffen
werden muss.
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Diese
Vorgänge
werden dem Stand der Technik entsprechend mit Hilfe einer komplexen Greifvorrichtung
durchgeführt,
die geeignet ist, das Ende des Films zu greifen, es an die Ladeeinheit
heranzuführen,
es in Position zu hatten, bis es von den folgenden Filmschichten
blockiert ist und es (beispielsweise durch Verschweißen) am
Endpaket zu befestigen und es dann von dem Paket zu trennen.
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Um
dies zu tun, ist die Greifvorrichtung sowohl in der Herstellung
als auch in der Wartung sehr komplex und teuer.
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Um
außerdem
in den Film, der an der Seite der Ladeeinheit haftet, eingreifen
zu können,
muss die Greifvorrichtung von einer Seitenposition in eine Position
bewegt werden, in der sie den Bereich in der Nähe der Ladeeinheit schneidet,
was zu Sicherheitsproblemen für
ihre Benutzer führt.
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Es
ist deshalb wünschenswert,
die Benutzung dieser Art von Vorrichtung zu vermeiden.
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Ein
weiteres Problem betrifft die Effizienz von Verpackungsmaschinen,
die von der maximalen Drehgeschwindigkeit (der Spule oder der Ladeeinheit)
begrenzt ist, die möglich
ist, wenn die Maschine regelmäßig betrieben
werden soll. Im Fall der Ladeeinheitsdrehung kommt es bei Geschwindigkeiten von
mehr als den üblichen
15 Umdrehungen/Minute zu Destabilisierungsmomenten, die von der
unvermeidlichen Exzentrizität
der Ladeeinheit verursacht werden, während im Fall der Spulendrehung
bei Geschwindigkeiten von mehr als 40 bis 50 Umdrehungen/Minute
eine hohe Trägheitsbelastung
auftritt und bei dem dehnbaren Film der so genannte „Fallschirmeffekt" erzeugt wird, was
die Verpackungsstabilität
verschlechtert.
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Es
ist außerdem
zu beachten, dass die maximale zugelassene Geschwindigkeit nicht
in sehr kurzer Zeit erreicht werden kann, da eine beträchtliche Menge
an träger
Masse beteiligt ist. Aus diesem Grund geht ein Teil der Effizienz
auch durch Start-/Anhalteübergänge verloren.
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Es
wäre deshalb
eine Verpackungsmaschine wünschenswert,
die eine größere Menge
Film pro Umdrehung abgibt, um die Effizienz zu steigern, allerdings
innerhalb des Toleranzbereichs der Verpackungsgeschwindigkeit.
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WO
00/53497 offenbart eine Filmverpackungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, die zwei oder mehr Packköpfe aufweist. Von jedem Kopf
wird unabhängig
Film gezogen und mit Hilfe jeweils einer Greifereinheit an einer
Stelle der Ladeeinheit befestigt und dann um die Ladeeinheit gewickelt.
Der Film wird mit einer hohen Rate pro Umdrehung abgegeben, doch
es werden trotzdem mehrere Greifer benötigt.
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Es
ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Mehrkopf-Verpackungsmaschine mit einem einfacheren
Aufbau bereitzustellen.
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Diese
Aufgaben werden mit Hilfe einer Verpackungsmaschine erreicht, wie
sie mit ihren essentiellen Merkmalen im beiliegenden Anspruch 1
beschrieben ist.
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Gemäß anderen
Aspekten der Erfindung sind eine Verbindungsvorrichtung nach Anspruch
5 und ein Verfahren zum Verpacken einer Ladeeinheit nach Anspruch
7 vorgesehen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Maschine sollen durch die
folgende genaue Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
derselben verdeutlicht werden, die beispielhaft erfolgt und durch
die beiliegenden Figuren erläutert
wird, wobei
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1 eine
Draufsicht auf eine Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 eine
erhöhte
Vorderansicht der Ausführungsform
aus 1 ist, wobei die Abgabeeinheiten angehoben sind;
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2A eine
Querschnittsansicht entlang der Line II-II von 1 ist;
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3 eine
Ansicht ähnlich
der von 2 ist, wobei die Verpackungsmaschine
in Betrieb ist;
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4 eine
Längsschnittansicht
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
ist;
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5 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie V-V von 4 ist;
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6A und 6B jeweils
eine Draufsicht und eine erhöhte
Seitenansicht des Schneidebechers sind, der an der Vorrichtung aus 4 angeordnet
ist;
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7 bis 18,
die mit A gekennzeichnet sind, Teillängsschnittansichten der Vorrichtung
aus 4 während
der verschiedenen Verknotungsschritte sind und
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7 bis 18,
die mit B gekennzeichnet sind, Teilunteransichten der Vorrichtung
aus 4 während
der verschiedenen Verknotungsschritte sind
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In 1 ist
eine beispielhafte Verpackungsmaschine dargestellt. Sie weist zwei
vertikale Stützsäulen 1a und 1b auf,
auf denen eine ringför mige Struktur 2 verfahrbar
angeordnet ist, die so ausgebildet ist, dass sie Filmabgabeeinheiten
während
der Drehung stützt
und führt.
Eine ringförmige
Bahn, die an der Struktur angeordnet ist, ist so angeordnet, dass
sie eine zu verpackende Ladeeinheit C umfängt. Diese Elemente sind nicht
im Einzelnen beschrieben, da sie zum Stand der Technik, welcher dem
Fachmann bekannt ist, zählen.
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Gemäß der Erfindung
sind auf der ringförmigen
Struktur 2 zwei Abgabeeinheiten einander gegenüberliegend
angeordnet, wobei ein dehnbarer Film P sich fortlaufend zwischen
einer Einheit 3a zu der anderen Einheit 3b erstreckt
(wie in 2 erkennbar). Die Abgabeeinheiten
sind in einer als solchen bekannten Art und Weise aus einer Stützablage,
die eine Spule mit dehnbarem Film B drehend abstützt, sowie aus mehreren zusammenwirkenden
Zylindern einer Vordehnungseinheit aufgebaut.
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Da
sich der Film P zwischen der einen Einheit und der anderen entlang
dem Durchmesser der ringförmigen
Struktur erstreckt, ist es möglich,
ihn in Eingriff mit dem oberen Abschnitt der Ladung C zu bringen,
ohne eine Greifervorrichtung zum Haften eines freien Endes des Films
zu benutzen.
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Der
Betrieb der Maschine gemäß der vorliegenden
Erfindung sieht vor, dass die Ladeeinheit C in eine Position bewegt
wird, die der Drehachse a-a' entspricht,
wenn die ringförmige
Struktur 2 sich in ihrer vollständig angehobenen Position befindet.
In diesem Zustand schneidet der Film P, der sich entlang dem Durchmesser
von Ring 2 erstreckt, nicht die Ladeeinheit C: Es ist deshalb
möglich,
vorzusehen, dass die zwei Abgabeeinheiten 3a und 3b sich
bereits drehen.
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Danach
wird die ringförmige
Struktur 2 gesenkt, bis der Film in Eingriff mit dem oberen
Abschnitt der Ladeeinheit C gelangt: Der Film P wird dann auf natürliche Weise
ergriffen und von den oberen Kanten der Ladeeinheit C gehalten,
was zum Einsetzen des eigentlichen Verpackungsvorgangs führt.
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Da
zwei Punkte zum Aufbringen des Films zur gleichen Zeit vorliegen,
ist es möglich,
eine größere Packneigung
(proportional zum V/R-Verhältnis, wobei
V = vertikale Ringtranslationsgeschwindigkeit und R = Drehgeschwindigkeit
der Abgabeeinheit um die Ladeeinheit) einzustellen, als für den Fall,
dass nur eine einzige Spule benutzt wird, da die Packhaftung auch
durch das teilweise Überlappen
der zwei einander gegenüberliegenden
Neigungslinien des dehnbaren Films erzielt wird (siehe 3).
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Dies
ermöglicht
kurz gesagt eine Steigerung der Produktivität und erfüllt so eine erste Aufgabe der Erfindung.
Die Tatsache, dass die zwei Spulen mit dehnbarem Film ständig, wie
oben gesehen, von Anfang an verbunden sind, macht es unnötig, dass
der Packzyklus aus einem Haltezustand der Spule heraus startet,
was den größten Teil
des Produktivitätsverlusts
aufgrund des Startübergangs
verhindert.
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Da
außerdem
die Spulen einander gegenüberliegend
angeordnet sind, weist die Maschine ausbalancierte Massen auf, was
zu weniger Belastung führt
und von einer leichteren Struktur abgestützt werden kann.
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Die
Möglichkeit,
die Produktivität
im Vergleich zu dem Stand der Technik entsprechenden Maschinen nahezu
zu verdoppeln, kann ausgenutzt werden, um hinsichtlich der pro Zeiteinheit
abgegebenen Menge Film „Standard"-Resultate zu erzielen, aber
dabei die Drehgeschwindigkeit der Abgabeeinheiten zu senken, was
die Belastung weiter reduziert und eine vorteilhaft leichtere und
wirtschaftlichere Struktur bereitstellt. Eine geringere Drehgeschwindigkeit
führt auch
zu einem reduzierten Fallschirmeffekt des Films, was die Verpackungsqualität verbessert.
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Wie
anzunehmen ist, muss der Film, sobald der Verpackungsvorgang beendet
ist, von der Ladeeinheit getrennt und in den ursprünglichen
fortlaufenden Zustand zurückgeführt werden.
Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine Verbindungsvorrichtung 4 über der
Ladeeinheit vorgesehen.
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Da
der Film sich entlang dem Durchmesser der ringförmigen Struktur 2 erstreckt,
ist es sehr leicht, im Drehzentrum einen einzelnen Filmverbindungspunkt
zu bestimmen, an dem die Verbindungsvorrichtung anzuordnen ist.
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Daraus
folgt, dass die Benutzung von komplizierten Messfühlern oder
anderen Filmortungs- und Greifelementen für die Verbindungsvorrichtung 4 vermieden
werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Verbindungsvorrichtung 4 an der Drehachse
a-a' auf einem Rahmen 5 gehalten,
der über
der ringförmigen
Struktur 2 angeordnet ist. Der Rahmen ist verfahrbar auf
den Säulen 1a und 1b gehalten
(2A). So können
der Ring 2 und der Rahmen 5 beide auf einer jeweiligen
Stützablage
gehalten sein, die mit einer gemeinsamen fest angeordneten Kette 6 (von
der nur ein Abschnitt in 2A dargestellt
ist) in Eingriff steht. Während
des Anhebeschritts liegt der Rahmen 5 auf dem oberen Teil
der ringförmigen
Struktur 2. Sobald die gewünschte Höhe erreicht ist, verhindert
eine geeignete Ratsche 7 die relative Verschiebung zwischen
Rahmen 5 und Kette 6, so dass trotz einer möglichen
Absenkung des Rings 2 die Verbindungsvorrichtung 4 in
Position gehalten wird.
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Die
Verbindungsvorrichtung 4 muss geeignet sein, die zwei von
der Ladeeinheit kommenden Filmenden zu verbinden, sobald der Verpackungsvorgang
beendet ist, sie von der jeweiligen Spulen zu trennen und die freien
Enden der zwei Spule wieder zu verbinden, um den ursprünglichen
Zustand wiederherzustellen.
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Dieser
Vorgang kann mit Hilfe verschiedener Techniken durchgeführt werden,
beispielsweise durch Schweißen,
Greifen, Heften, Kleben usw. Im Folgenden soll eine bevorzugte Ausführungsform
der Verbindungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die 4 bis 18B erläutert
werden.
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In 4 ist
eine bevorzugte Verbindungsvorrichtung genau dargestellt. Sie ist
aus einem Aufnahme- und Stützaufbau 10 aufgebaut,
worin ein Hauptgreiferelement 11 und ein Paar sekundärer Greifer 12a und 12b angeordnet
sind, die jeweils gegenüber Hauptgreiferelement 11 angeordnet
sind. Der Aufnahmeaufbau weist ein Schutzgehäuse 10a an seinem
unteren Ende auf, aus dem mehrere Greifelemente herausragen können.
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Die
sekundären
Greifer 12a und 12b sind auf einem fünften Radmittel 13 angeordnet,
das eine konzentrische Drehung derselben im Verhältnis zum Hauptgreiferelement 11 ermöglicht.
Das fünfte
Radmittel 13 wird mit einem Drehwinkel von ±180° durch ein
Antriebselement 14 und eine Antriebskette 14a (5)
rotiert.
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Die
sekundären
Greifer sind aus Greifzapfen 15a und 15b aufgebaut,
die über
Stellmittel 16a und 16b innerhalb von kleinen
hohlen Zylindern 17a und 17b verfahrbar sind.
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Das
Hauptgreiferelement 11 ist aus einem Hauptgreifzapfen 18 aufgebaut,
der über
ein Stellmittel A1 innerhalb eines hohlen Zapfens oder Zylinders 19 verschiebbar
ist, welcher wiederum durch ein zweites Stellmittel A2 einheitlich
mit dem Stellmittel A1 innerhalb einer Auskleidung 20 verschiebbar
ist.
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Ein
Schneidbecher 21 ist außerdem einstückig in
einer im Verhältnis
zum Hauptgreiferelement 11 konzentrischen Position mit
der Auskleidungsstruktur 20 verbunden. Der Schneidbecher 21 ist
ausführlich
in 6A und 6B dargestellt:
Er ist aus schützenden
zylindrischen Wänden 21a aufgebaut, die
von Fenstern unterbrochen werden, an denen an einander gegenüberliegenden
Kanten Schneidklingen 21b angeordnet sind.
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Die
Kombination der Greifvorgänge
der vier Stellmittel 16a, 16b, A1 und A2 gemeinsam
mit der wechselnden Drehung der zwei sekundären Greifer ist geeignet, einen
Knoten im dehnbaren Film zu erzeugen, ihn so von der Ladeeinheit
zu trennen und dann einen weiteren Verbindungsknoten zu bilden, um
einen neuen Verpackungszyklus zu starten. Dieser Vorgang wird im
Folgenden detailliert beschrieben.
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Die
Verbindungsvorrichtung wird nahe an den oberen Teil der Ladeeinheit
C heranbewegt; zunächst
sind die sekundären
Greifzapfen 15a und 15b eingezogen (d. h. sie
ragen nicht aus dem unteren Profil des Gehäuses 10a hervor),
während
das Hauptgreiferelement 11 sich in seiner vollständig ausgefahrenen
Position befindet. Auf diese Weise bringen die zwei Spulen, während sie
rotieren und vertikal steigen, einige Windungen (2 oder 3) des dehnbaren
Films auf die äußere Fläche des
Zylinders 19 auf und steigen dann weiter, bevor sie angehalten werden.
In diesem Zustand, der in 7A dargestellt ist,
kommen zwei Abschnitte Film von der Ladeeinheit C empor, umwickeln
den Zylinder 19 in mehreren Windungen und bewegen sich
dann aufwärts
in Richtung der jeweiligen Spulen B.
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An
diesem Punkt wird der Zylinder 19 angehoben, bis die Filmwindungen
gegen den Mund der Verkleidung 20 stoßen. Der Greifzapfen 18,
der mit einem Greifflansch 18a versehen ist, wird dann
gesenkt, und die Spulen werden wiederum die Achse a-a' gedreht, um wenigstens
eine weitere Windung Film unter den vorherigen aufzubringen (8A).
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An
diesem Punkt werden auch die Greifzapfen 15a und 15b der
sekundären
Greifer gesenkt, und der Film P wird in einem bestimmten Winkel
um sie gewickelt, um eine gute Haltewirkung sicherzustellen, sobald
der Greifer wieder geschlossen ist (9B).
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Bis
zu diesem Moment verläuft
der Film stets unterhalb des Profils des Gehäuses 10a und des Schneidebechers 21.
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Im
Folgenden werden die Greifzapfen 15a und 15b geschlossen,
und während
dieses Klemmvorgangs ziehen und blockieren sie den Film P. Da die
Greiffläche
der Zapfen 15a und 15b höher angeordnet ist als das
untere Profil des Gehäuses 10a und des
Bechers 21, wird der Film P, zu einem Band gespannt, in
die Fenster des Bechers 21 (siehe 10A und 10B) gebracht. Zur gleichen Zeit ergreift auch
der zentrale Greifzapfen 18 die letzte Windung des Films
P, der gegen die Kante des Zylinders 19 gebracht ist.
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An
diesem Punkt wird das Stellmittel 14 derart betätigt, dass
die zwei sekundären
Greifzapfen gemäß den Pfeilen
G rotieren (11B).
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Sobald
ein Winkel von 30° zurückgelegt
ist, schneiden die zwei Abschnitte des Films, die sich zwischen
dem zentralen Zapfen und den zwei sekundären Zapfen erstrecken, die
zwei Schneidklingen 21b und werden geschnitten (12B): Bei diesem Schneideschritt wird der Film,
der von der verpackten Ladeeinheit C kommt (dessen Enden vom zentralen Greifzapfen
hängen),
von den zwei Filmabschnitten getrennt, die von den zwei Spulen kommen
(und die gegriffen und von den zwei sekundären Zapfen gehalten bleiben).
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Der
Zylinder 19 und der Greifzapfen 18, zwischen denen
die letzte Wicklung des Films gehalten wird, bewegen sich dann einheitlich
entlang der Verkleidung 20 aufwärts und bewegen die letzte
Wicklung des Films in und über
die zuvor aufgebrachten Windungen: Auf diese Weise wird ein roher
Knoten erzielt, der durch Ausnutzen der Elastizität des Windungsmaterials
eine stabile Verbindung zwischen den zwei Enden des Films herstellt,
die von der verpackten Ladeeinheit C kommen (13B).
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In
der Zwischenzeit haben die zwei sekundären Zapfen eine Drehung von
etwa 180° in
Richtung des Pfeils G vollführt.
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Anschließend werden
der Hauptzapfen 18 und der Zylinder 19 wieder
gesenkt (14A), um einige neue Windungen
(2 oder 3) des dehnbaren Films durch eine weitere Drehung der zwei
Spulen aufzubringen. Dann wird wieder der Schritt ausgeführt, der
unter Bezugnahme auf 9 und 10 beschrieben wurde, d. h. der Zylinder 19 bewegt
sich aufwärts,
bis er die Schichten gegen die Kante der Verkleidung 20 drückt, während der
Zapfen 18 um ein Geringes gesenkt wird. Ein Abschnitt des
Films, der von den sekundären
Greifern gehalten wird, wird auf diesen letzten Abschnitt des Zapfens
gewickelt und bildet wenigstens eine halbe Windung: Dies wird erreicht
durch eine umgekehrte Drehung von etwa 180° (in Richtung des Pfeils G') der zwei Greifzapfen 15a und 15b (15B). Aufgrund der Elastizität des Films ist diese letztere
Drehung möglich,
obwohl das Filmband an beiden Enden gehalten wird. Bei dieser Gegendrehung
besteht kein Risiko, dass der von Film von den Schneidklingen 21b geschnitten
wird, da der Becher 21 in dieser Drehrichtung eine Abschirmfunktion
ausübt.
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Der
Greifzapfen 18 wird dann angehoben, und die letzte Halb-Windung
wird zwischen dem Flansch 18a und dem Mund des Zylinders 19 ergriffen.
Die Filmenden, die immer noch von den sekundären Zapfen gehalten werden,
können
gelöst
werden (16B), und das Stellmittel A2
wird wieder betätigt,
um auch zwischen diesen letztgenannten Windungen einen Knoten auszuführen, der
mit dem zuvor beschriebenen identisch ist (17A und 17B): Auf diese Weise wird die Kontinuität des Films,
der sich zwischen den gegenüberliegenden Spulen
erstreckt, wiederhergestellt (18B),
so dass der ursprüngliche
Zustand zum Durchführen
eines neuen Verpackungszyklus wiederhergestellt ist.
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Für Fachleute
ist es offensichtlich, dass die oben beschriebene Verbindungsvorrichtung
und das Verfahren nicht als die Erfindung begrenzend verstanden
werden soll, sondern nur eine bevorzugte Ausführungsform derselben darstellen.
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Mit
Hilfe einer generischen Verbindungsvorrichtung gemäß der Lehre
der Erfindung ist es möglich,
die freien Enden des Films mit der verpackten Ladeeinheit zu verbinden,
ohne komplizierte Messvorrichtung oder Greifsysteme zu benutzen,
die quer über
die Verpackungsmaschine hinwegbewegt werden müssen, womit eine weitere Aufgabe
erfüllt
ist.
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Außerdem ermöglicht es
die zentrale Position der Verbindungsvorrichtung, dass sie in andere Ausrüstung eingebaut
werden kann, die zum Verpacken nützlich
ist, beispielsweise in so genannte "Kleinpressen" für
instabile Ladeeinheiten.
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Die
anhand der bevorzugten Ausführungsform
dargestellte spezifische Verbindungsvorrichtung ermöglicht es
vorteilhaft, die Filmenden durch Verknoten derselben zu verbinden:
Diese Technik ist weitaus zuverlässiger
und weniger instabil als die herkömmliche Schweißtechnik,
was einen weiteren Vorteil bedeutet.