EP3417175A1 - Vakuumpumpe - Google Patents

Vakuumpumpe

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EP3417175A1
EP3417175A1 EP17701691.2A EP17701691A EP3417175A1 EP 3417175 A1 EP3417175 A1 EP 3417175A1 EP 17701691 A EP17701691 A EP 17701691A EP 3417175 A1 EP3417175 A1 EP 3417175A1
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Multivac Sepp Haggenmueller GmbH and Co KG
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    • F04C29/124—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet with inlet and outlet valves specially adapted for rotary or oscillating piston pumps

Definitions

  • the invention relates to the field of vacuum pumps.
  • the invention relates to a vacuum pump with an integrated control.
  • Vacuum pumps such as rotary vane pumps or screw pumps have three-phase motors as a drive and their start-up control is realized via an electrical circuit by means of contactors in a control box. Valves provided between the vacuum pump and the tool to be evacuated in packaging machines are operated by control of the packaging machine. Information about processes, errors or necessary maintenance of the vacuum pump is not available.
  • a vacuum pump according to the invention for a packaging machine comprises an electric motor, a pressure generator unit and a housing.
  • the vacuum pump is characterized in that a control is provided in or on the housing of the vacuum pump.
  • the suitability for use in a packaging machine has the vacuum pump, in particular, if it is able to evacuate the volume of typical sealing or molding tools such packaging machines within seconds of normal pressure to a vacuum of, for example 10mbar or even 5mbar.
  • the control in the housing of the vacuum pump
  • the control is located in that part of the housing of the vacuum pump which surrounds at least the pressure generating unit and optionally also the electric motor, alternatively the control may be provided "on the housing of the vacuum pump”;
  • the controller may be connected, for example in the form of a (terminal) box with the outside of the housing of the vacuum pump.
  • the controller is preferably designed at least as a start-up control and / or circuit of the electric motor.
  • the controller is connected via a bus line for data transfer with a machine control of the packaging machine, both to be able to control the electric motor by means of the machine control or a separate button on a control panel and also to transfer data from the control of the vacuum pump to a machine control to this data to view or evaluate.
  • the bus line preferably data for diagnosis and / or maintenance to the machine control can be transmitted, wherein the data measured values of at least one sensor include, for example, the engine temperature or oil level, which was previously read on a sight glass on the housing or was to control ,
  • the vacuum pump has at least one sensor, preferably a vibration sensor, an oil level sensor, a temperature sensor, a flow sensor and / or a vacuum sensor.
  • a vibration sensor preferably a vibration sensor, an oil level sensor, a temperature sensor, a flow sensor and / or a vacuum sensor.
  • the controller has a frequency control for the electric motor, which is designed as a three-phase motor, or the controller has a servo control for the electric motor, wherein this is designed as a servomotor.
  • energy is saved by the speed of the electric motor is reduced when no vacuum requirement exists and would possibly be evacuated against a closed valve.
  • the power can also be adapted to the need for an evacuation process by means of the speed change in order to increase the evacuation performance.
  • the controller is preferably connectable to at least one valve to switch the valve by means of the controller.
  • a shut-off valve is provided in particular on a suction side of the vacuum pump. This is particularly advantageous in carrying out a gassing operation in a thermoforming packaging machine by means of pure oxygen, to prevent the suction of pure oxygen into the pressure generator unit, since there would be the danger of an explosion. With this design, a cost-intensive special design of such a vacuum pump can be dispensed with.
  • An embodiment as an electrically operable valve allows a packaging machine with a vacuum pump that requires no compressed air and only has an electrical supply.
  • the vacuum pump according to the invention is preferably a screw pump or a rotary vane pump.
  • Figure 1 a schematic representation of a thermoforming packaging machine and a vacuum pump according to the invention.
  • thermoforming packaging machine 1 shows a schematically illustrated packaging machine in the form of a thermoforming packaging machine 1 with a control cabinet 2 and a machine control 3, the machine control 3 comprising a display and input device 4 and a start button 5.
  • the thermoforming packaging machine 1 has a forming station 6 with a molding tool 7 to deep draw a film web. It also includes a sealing station 8 with a sealing tool 9 to evacuate and / or aerate the interior of a deep-drawn product-filled well before sealing a lid sheet onto the wells to produce an airtight package.
  • a thermoforming packaging machine of this type is disclosed for example in DE 10 2010 019 634 B3.
  • Fig. 1 also shows schematically (and considerably enlarged in relation to the packaging machine 1) a vacuum pump 10 according to the invention, preferably a screw pump or rotary vane pump, which comprises an electric motor 1 1 as a drive for a pressure generator unit 12.
  • the electric motor 1 1 can also be designed as a three-phase motor or servomotor and the pressure generator unit 12 generates a negative pressure at a suction side 13 of the vacuum pump 10.
  • the vacuum pump 10 has a housing 14 in which a controller 15 is provided, and the controller 15 is connected to the engine controller 3 via a bus line 16. Via this bus line 16 data and control commands between the controllers 3, 15 can be transmitted.
  • a power line 30 supplies the controller 15 with at least the electrical energy that is provided for the operation of the electric motor 1 1.
  • the power line 16 may also be provided for the supply of a processor and switching elements in the controller 15.
  • the controller 15 is connected by means of at least one control line 17 to a valve 18 on the suction side 13 of the vacuum pump 10.
  • the valve 18 may be disposed within the housing 14 or on the housing 14 on the suction side 13.
  • the valve 18 may be provided as a shut-off valve.
  • the valve 18 may include a servomotor 19, which is connected via the controller 15 by means of a control line 20, and operated to produce different cross sections in a vacuum line 21 can.
  • the vacuum line 21 connects the vacuum pump 10 with the sealing tool 9 and / or with the molding tool 7.
  • the vacuum pump 10 has an oil level sensor 22 which is connected to the controller 15 to detect and evaluate the current oil level or below an assumed oil level of a ⁇ lbads the pressure generator unit 12 of the controller 15 and, if necessary, a message to the machine control 3, which is displayed on the display device 4 to the operator of the packaging machine 1.
  • a vacuum sensor 24 or a flow sensor 25 may be provided on the suction side 13 in order to be able to process the detected measured values in the controller 15 for controlling or controlling the electric motor 11 and / or the valve 18. In order to save energy and to reduce the load on both the electric motor 1 1 and the pressure generator unit 12, controls the controller 15, the speed of the electric motor 1 1 corresponding to the running in the packaging machine 1 processes.
  • a temperature sensor 26 monitors the temperature of the winding of the electric motor and the controller 15 is configured to turn off the electric motor 1 1 in case of failure.
  • the controller 15 has a servo control for a servomotor as the electric motor 1 1. It is also conceivable that the controller 15 has a frequency control for a three-phase motor as an electric motor 1 1.
  • the controller 15 may also include a motor control and / or startup control for the electric motor 1 1, which is preferably designed as a three-phase motor.
  • the space requirement in the cabinet 2 can be reduced by eliminating circuits with contactors and wiring.
  • the values of the sensors can all be forwarded via the bus line 16 to the machine control 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe (10) für eine Verpackungsmaschine (1), wobei die Vakuumpumpe (10) einen Elektromotor (11), eine Druckerzeugereinheit (12) und ein Gehäuse (14) umfasst. Die Vakuumpumpe (10) zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuerung (15) im oder am Gehäuse (14) der Vakuumpumpe (10) vorgesehen ist.

Description

Vakuumpumpe
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Vakuumpumpen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vakuumpumpe mit einer integrierten Steuerung.
Vakuumpumpen wie Drehschieberpumpen oder Schraubenpumpen weisen Drehstrommotoren als Antrieb auf und deren Anlaufsteuerung ist über eine elektrische Schaltung mittels Schaltschützen in einem Schaltkasten realisiert. Ventile, die zwischen der Vakuumpumpe und dem zu evakuierenden Werkzeug bei Verpackungsmaschinen vorgesehen sind, werden über eine Steuerung der Verpackungsmaschine betätigt. Informationen über Prozesse, Fehler oder eine notwendige Wartung der Vakuumpumpe stehen nicht zur Verfügung.
Aus der DE 44 10 903 A1 ist eine Turbomolekularpumpe offenbart, bei der die Vakuumpumpe und Meßgeräte eine gemeinsame Einrichtung zur Versorgung und zur Steuerung haben. Ziel ist es dabei, den Installationsaufwand und den Platzbedarf zu reduzieren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vakuumpumpe zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung an.
Eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe für eine Verpackungsmaschine umfasst einen Elektromotor, eine Druckerzeugereinheit und ein Gehäuse. Die Vakuumpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuerung im oder am Gehäuse der Vakuumpumpe vorgesehen ist. Somit kann der Installationsaufwand zwischen der Vakuumpumpe und einem Schaltschrank vereinfacht werden und im Falle eines Austauschs der Vakuumpumpe gegen einen anderen Pumpentyp ohne Anpassungen im Schaltschrank bzw. an der Verpackungsmaschine ersetzt werden.
Die Eignung zum Einsatz für eine Verpackungsmaschine weist die die Vakuumpumpe insbesondere dann auf, wenn sie in der Lage ist, das Volumen typischer Siegel- oder Formwerkzeuge solcher Verpackungsmaschinen innerhalb von Sekunden von Normaldruck auf ein Vakuum von beispielsweise 10mbar oder sogar 5mbar zu evakuieren. Mit dem Ausdruck„im Gehäuse der Vakuumpumpe" ist gemeint, dass sich die Steuerung in demjenigen Teil des Gehäuses der Vakuumpumpe befindet, das zumindest die Druckerzeugereinheit und optional auch den Elektromotor umgibt. Alternativ dazu kann die Steuerung„am Gehäuse der Vakuumpumpe" vorgesehen sein; dazu kann die Steuerung beispielsweise in Form eines (Klemmen-)Kastens mit der Außenseite des Gehäuses der Vakuumpumpe verbunden sein. Dabei ist die Steuerung vorzugsweise wenigstens als Anlaufsteuerung und/oder Schaltung des Elektromotors ausgeführt.
Vorzugsweise ist die Steuerung über eine Busleitung zum Datentransfer mit einer Maschinensteuerung der Verpackungsmaschine verbunden, um sowohl den Elektromotor mittels der Maschinensteuerung oder eines eigenen Tasters an einem Bedienpult ansteuern zu können und auch Daten aus der Steuerung der Vakuumpumpe an eine Maschinensteuerung zu übermitteln, um diese Daten anzeigen oder auswerten zu können.
Dabei sind mittels der Busleitung bevorzugt Daten zur Diagnose und/oder zur Wartung an die Maschinensteuerung übermittelbar, wobei die Daten Messwerte von wenigstens einem Sensor beinhalten, beispielsweise die Motortemperatur oder der Ölstand, der bisher über ein Schauglas an dem Gehäuse abzulesen bzw. zu kontrollieren war.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist die Vakuumpumpe wenigstens einen Sensor auf, vorzugsweise einen Schwingungssensor, einen Ölstandssensor, einen Temperatursensor, einen Strömungssensor und/oder einen Unterdrucksensor. Dies bringt den Vorteil mit sich, in der Steuerung der Vakuumpumpe selbst oder in der Maschinensteuerung der Verpackungsmaschine Wertebereiche für die jeweiligen Messwerte der verschiedenen Sensoren zu hinterlegen, anhand derer einem Maschinenbediener eine Hinweismeldung angezeigt werden kann, um eine Wartung oder Fehlerbehebung vorzunehmen.
Bevorzugt weist die Steuerung eine Frequenzregelung für den Elektromotor auf, wobei dieser als Drehstrommotor ausgeführt ist, oder die Steuerung weist eine Servosteuerung für den Elektromotor auf, wobei dieser als Servomotor ausgeführt ist. Dabei wird Energie eingespart, indem die Drehzahl des Elektromotors reduziert wird, wenn kein Vakuumbedarf vorliegt und dabei eventuell gegen ein geschlossenes Ventil evakuiert werden würde. Desweiteren kann auch die Leistung mittels der Drehzahlveränderung an den Bedarf eines Evakuierungsprozesses ange- passt werden, um die Evakuierungsleistung zu steigern.
Die Steuerung ist vorzugsweise mit wenigstens einem Ventil verbindbar, um das Ventil mittels der Steuerung zu schalten. Dabei ist insbesondere an einer Ansaugseite der Vakuumpumpe ein Absperrventil vorgesehen. Dies ist besonders vorteilhaft bei einer Ausführung eines Begasungsvorgangs bei einer Tiefziehverpackungsmaschine mittels reinem Sauerstoff, um das Ansaugen von reinem Sauerstoff in die Druckerzeugereinheit zu verhindern, da die Gefahr einer Explosion bestehen würde. Mit dieser Ausführung kann auf eine kostenintensive Spezialausfüh- rung einer solchen Vakuumpumpe verzichtet werden. Alternativ ist es ebenso vorteilhaft, das Ventil als Linearventil oder als Proportionalventil auszuführen, um einen Evakuierprozess an einem Siegelwerkzeug oder eine Erzeugung eines Formunterdrucks an einem Formwerkzeug positiv zu beeinflussen. Eine Ausführung als elektrisch betätigbares Ventil ermöglicht eine Verpackungsmaschine mit einer Vakuumpumpe, die keine Druckluft benötigt und lediglich eine elektrische Versorgung aufweist.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe ist vorzugsweise eine Schraubenpumpe oder eine Drehschieberpumpe.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen mit der beigefügten Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 : eine schematische Darstellung einer Tiefziehverpackungsmaschine und einer erfindungsgemäßen Vakuumpumpe.
Fig. 1 zeigt eine schematisch dargestellte Verpackungsmaschine in Form einer Tiefziehverpackungsmaschine 1 mit einem Schaltschrank 2 und einer Maschinensteuerung 3, wobei die Maschinensteuerung 3 eine Anzeige- und Eingabevorrichtung 4 und einen Starttaster 5 umfasst. Die Tiefziehverpackungsmaschine 1 weist eine Formstation 6 mit einem Formwerkzeug 7 auf, um eine Folienbahn tiefzuziehen. Sie weist auch noch eine Siegelstation 8 mit einem Siegelwerkzeug 9 auf, um das Innere einer tiefgezogenen und mit Produkt gefüllten Mulde zu evakuieren und/oder zu begasen, bevor eine Deckelfolie auf die Mulden gesiegelt wird, um eine luftdichte Verpackung zu erzeugen. Eine Tiefziehverpackungsmaschine dieser Art ist beispielsweise in DE 10 2010 019 634 B3 offenbart.
Fig. 1 zeigt weiterhin schematisch (und erheblich vergrößert im Verhältnis zur Verpackungsmaschine 1 ) eine erfindungsgemäße Vakuumpumpe 10, vorzugsweise eine Schraubenpumpe oder Drehschieberpumpe, die einen Elektromotor 1 1 als Antrieb für eine Druckerzeugereinheit 12 umfasst. Der Elektromotor 1 1 kann auch als Drehstrommotor oder Servomotor ausgeführt sein und die Druckerzeugereinheit 12 erzeugt einen Unterdruck an einer Ansaugseite 13 der Vakuumpumpe 10.
Die Vakuumpumpe 10 weist ein Gehäuse 14 auf, in dem eine Steuerung 15 vorgesehen ist, und die Steuerung 15 ist mittels einer Busleitung 16 mit der Maschinensteuerung 3 verbunden. Über diese Busleitung 16 können Daten und Steuerbefehle zwischen den Steuerungen 3, 15 übertragen werden. Eine Energieleitung 30 versorgt die Steuerung 15 mit wenigstens der elektrischen Energie, die zum Betrieb des Elektromotors 1 1 vorgesehen ist. Die Energieleitung 16 kann auch für die Versorgung eines Prozessors und Schaltelementen in der Steuerung 15 vorgesehen sein.
Die Steuerung 15 ist mittels wenigstens einer Steuerleitung 17 mit einem Ventil 18 an der Ansaugseite 13 der Vakuumpumpe 10 verbunden. Das Ventil 18 kann innerhalb des Gehäuses 14 oder am Gehäuse 14 an der Ansaugseite 13 angeordnet sein. Das Ventil 18 kann als Absperrventil vorgesehen sein. Das Ventil 18 kann einen Stellmotor 19 aufweisen, der über die Steuerung 15 mittels einer Steuerleitung 20 verbunden ist, und betrieben werden, um unterschiedliche Querschnitte in einer Vakuumleitung 21 erzeugen zu können. Die Vakuumleitung 21 verbindet die Vakuumpumpe 10 mit dem Siegelwerkzeug 9 und/oder mit dem Formwerkzeug 7.
Die Vakuumpumpe 10 weist einen Ölstandssensor 22 auf, der mit der Steuerung 15 verbunden ist, um den aktuellen Ölstand oder eine Unterschreitung eines angenommenen Ölstands einer Ölbads der Druckerzeugereinheit 12 von der Steuerung 15 erfassen und auswerten zu können, sowie bei Bedarf eine Meldung an die Maschinensteuerung 3 weiterzugeben, die an der Anzeigevorrichtung 4 dem Bediener der Verpackungsmaschine 1 angezeigt wird.
Ebenso ist ein mit der Steuerung 15 verbundener Schwingungssensor 23 an der Druckerzeugereinheit 12, am Elektromotor 1 1 und/oder am Gehäuse 14 vorgesehen, um Schäden oder eine auftretende Veränderung des Schwingungsverhaltens über die Steuerung 15 zu erfassen und Informationen darüber an die Maschinensteuerung 3 zu übermitteln.
Ein Unterdrucksensor 24 oder ein Strömungssensor 25 kann an der Ansaugseite 13 vorgesehen sein, um die erfassten Messwerte in der Steuerung 15 zur Regelung bzw. Steuerung des Elektromotors 1 1 und/oder des Ventils 18 verarbeiten zu können. Um Energie zu sparen und die Belastung sowohl des Elektromotor 1 1 als auch der Druckerzeugereinheit 12 zu verringern, steuert bzw. regelt die Steuerung 15 die Drehzahl des Elektromotors 1 1 entsprechend der in der Verpackungsmaschine 1 ablaufenden Prozesse.
Ein Temperatursensor 26 überwacht die Temperatur der Wicklung des Elektromotors und die Steuerung 15 ist dazu konfiguriert, im Fehlerfall den Elektromotor 1 1 abzuschalten.
Die Steuerung 15 weist eine Servosteuerung für einen Servomotor als Elektromotor 1 1 auf. Ebenso denkbar ist es, dass die Steuerung 15 eine Frequenzsteuerung für einen Drehstrommotor als Elektromotor 1 1 aufweist. Die Steuerung 15 kann auch eine Motorsteuerung und/oder Anlaufsteuerung für den Elektromotor 1 1 , der vorzugsweise als Drehstrommotor ausgeführt ist, umfassen. So kann der Platzbedarf im Schaltschrank 2 durch Wegfall von Schaltungen mit Schützen und Verdrahtungsaufwand reduziert werden. Die Werte der Sensoren können alle über die Busleitung 16 an die Maschinensteuerung 3 weitergeleitet werden.

Claims

Ansprüche
1 . Vakuumpumpe (10) für eine Verpackungsmaschine (1 ), wobei die Vakuumpumpe (10) einen Elektromotor (1 1 ), eine Druckerzeugereinheit (12) und ein Gehäuse (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (15) im oder am Gehäuse (14) der Vakuumpumpe (10) vorgesehen ist.
2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) wenigstens als Anlaufsteuerung und/oder als Schaltung des Elektromotors (1 1 ) ausgeführt ist.
3. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) über eine Busleitung (16) zum Datentransfer mit einer Maschinensteuerung (3) der Verpackungsmaschine (1 ) verbunden ist.
4. Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Busleitung (16) Daten zur Diagnose und/oder zur Wartung an die Maschinensteuerung (3) übermittelbar sind, wobei die Daten Messwerte von wenigstens einem Sensor (22, 23, 24, 25, 26) beinhalten.
5. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (10) wenigstens einen Sensor (22, 23, 24, 25, 26) aufweist, vorzugsweise einen Schwingungssensor (23), einen Ölstandssensor (22), einen Temperatursensor (26), einen Strömungssensor (25) und/oder einen Unterdrucksensor (24).
6. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) eine Frequenzregelung für den Elektromotor (1 1 ), wobei dieser als Drehstrommotor ausgeführt ist, oder eine Servosteuerung für den Elektromotor (1 1 ), wobei dieser als Servomotor ausgeführt ist, aufweist.
7. Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) mit wenigstens einem Ventil (18) verbunden ist, um das Ventil (18) mittels der Steuerung (15) zu schalten.
8. Vakuumpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (18) einen elektrischen Stellmotor (19) aufweist. Vakuumpumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Ansaugseite (13) der Vakuumpumpe (10) als Ventil (18) ein Absperrventil, ein Linearventil oder ein Proportionalventil vorgesehen ist.
Vakuumpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (10) eine Schraubenpumpe oder eine Drehschieberpumpe ist.
Verpackungsmaschine (1 ) mit einer Vakuumpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
EP17701691.2A 2016-02-19 2017-01-26 Verpackungsmaschine mit vakuumpumpe Active EP3417175B1 (de)

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