KR101903490B1 - 패키지, 특히 코일로 권취되는 금속 스트립을 결속하기 위한 자동 포장 기계 - Google Patents

패키지, 특히 코일로 권취되는 금속 스트립을 결속하기 위한 자동 포장 기계 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 패키지(2)의 둘레에 따라 안내되는 하나 이상의 포장 밴드(4; 4a, 4b)를 이용하여, 패키지(2), 특히 코일로 권취된 금속 스트립을 결속하기 위한 자동 포장 기계(1)에 있어서, 결속 헤드(8, 8a, 8b)가 패키지 쪽에 배치될 수 있는, 상기 자동 포장 기계에 관한 것이며, 상기 자동 포장 기계는, 장력 조건에서 신장된 포장 밴드(4)의 말단(4a, 4b)들을 연결하기 위한 인장 장치와, 전극 챔버(10)의 내부에서 전진 이동 가능한 하나 이상의 상부 용접 전극(12)을 구비한 용접 장치(9a, 9b)와, 상기 용접 전극과 일시적으로 상호 작용하는 상대 전극을 포함하되, 슬라이딩 플레이트(14)가 패키지(2)를 향하여 상기 용접 장치(9a, 9b)와 연계된다. 결속 및 포장은, 슬라이딩 플레이트(14)가 동시에 상대 전극으로서 형성되어 포장 밴드(4)의 중첩되는 말단(4a, 4b)들의 영역에서 포장 밴드의 밑면에서 패키지(2) 상에 직접 지지되면서 이용됨으로써 더욱 간단해지고 더욱 견고해진다.

Description

패키지, 특히 코일로 권취되는 금속 스트립을 결속하기 위한 자동 포장 기계{STRAPPING MACHINE FOR TYING PACKAGES, IN PARTICULAR METAL STRIPS WOUND INTO COILS}
본 발명은, 패키지의 둘레에 따라 안내되는 포장 밴드(strapping band)를 이용하여, 패키지, 특히 코일로 권취된 금속 스트립을 결속하기 위한 자동 포장 기계에 있어서, 결속 헤드(tying head)가 패키지 쪽에 배치될 수 있는, 상기 자동 포장 기계에 관한 것이며, 상기 자동 포장 기계는 장력 조건에서 신장된 포장 밴드의 말단들을 연결하기 위한 인장 장치(tensioning device)와, 전극 챔버의 내부에 배치되어 전진 이동 가능한 하나 이상의 상부 용접 전극을 구비한 용접 장치와, 상기 용접 전극과 일시적으로 상호 작용하는 상대 전극을 포함하되, 슬라이딩 플레이트가 패키지를 향하여 상기 용접 장치와 연계된다.
상이한 형식으로 종래 기술에 속하는 상기 유형의 자동 포장 기계의 기본적인 원리는, 포장할 패키지의 표면에 결속 헤드 및 포장 또는 접속 헤드(strapping or closing head)를 위치 결정하고, 포장 밴드를 패키지의 둘레에 따라 안내하고, 포장 밴드를 신장하고, 결속 헤드의 내부에서 포장 밴드의 말단들을 연속적으로 연결하는 것을 기반으로 한다. 미리 신장된 포장 밴드의 중첩되는 말단들은 자체 물질 또는 형태 결합 방식으로 서로 연결된다. 공급 롤로부터 인출되는 포장 밴드는 절단되고 결속 헤드는 패키지로부터 제거되되, 모든 작업 단계는 자동화 방식으로 진행된다.
최초에 언급한 유형의 인장 및 접속 장치(tensioning and closing device)를 포함하는 자동 포장 기계는 EP-B1 0 194 627에 의해 공지되었다. 용접 전극들 하부의 중첩 영역의 평면에서 상대 전극과 함께 썰매처럼 이송될 수 있는 슬라이딩 플레이트는 상부 플레이트와 하부 플레이트로 구성되고, 이들 플레이트는 서로 겹치거나 적층된 상태로 활주한다. 이 경우 상부 플레이트는 내부에 상대 전극이 매입되어 있는 하부 슬라이딩 플레이트 상에서 안내된다. 전극들이 압착되고 밴드 말단들이 서로 포개져 위치하면 용접 공정을 가능하게는 전기 회로가 접속된다. 이런 점은, 상부 플레이트가 하부 플레이트의 내부에 매입된 상대 전극을 차단 해제하고 포장 밴드는 정확하게 상대 전극의 위쪽에, 그리고 전진 이동될 수 있는 용접 전극의 아래쪽에 위치할 정도로, 상기 상부 플레이트가 이격 이동되었을 때 이루어진다. 그런 다음 용접 공정 후에는, 용접된 밴드 루프(band loop)가 차단 해제되고 자유롭게 노출될 정도로 상부 플레이트가 이격 이송되면서 동시에 하부 플레이트를 함께 이동시킨다.
포장 밴드들은, 패키지, 예컨대 다발로 묶인 막대형 또는 관형 금속 제품 또는 코일로 권취된 금속 스트립을 운반하는 동안, 포장 밴드들에 의해 흡수되어야만 하는 매우 강력한, 경우에 따라서는 동적인 하중을 받는다. 각각 패키지의 재료 품질 및 특성에 따라서 튀어오름을 방지하고, 그리고/또는 변위를 억제하기 위해, 패키지의 둘레에 1회 내지 3회의 포장 결속이 적용된다. 항시 포장 밴드들은 강하게 미리 신장되어야 하는데, 이런 점은 포장 밴드의 재료가 인장 및 인열 강도 한계에 도달하게 하고 패키지 상에서 밴드 압입을 야기할 수도 있다.
상기 문제는 종래 기술에 따라 강재 슬라이더(steel slider)의 내부에 매입된 상대 전극에 의해 재차 심각해진다. 왜냐하면, 더욱이 캐리어 플레이트의 그루브 내에서 안내되는 슬라이딩 플레이트가, 특히 용접 공정 시에 압착되는 용접 전극에 의해 발생하는 높은 힘을 흡수할 수 있을 정도의 두께로 크게 치수화 되어야 하기 때문이다. 용접된 포장 밴드는 매입된 상대 전극과 함께 강재 슬라이딩 플레이트의 분리 및 인출 후에, 접속 또는 중첩 영역에서, 그루브 안내를 통한 추가적인 높이를 포함하여 슬라이딩 플레이트의 두께에 상응하게, 패키지의 외주부(periphery) 쪽으로 다시 튀어오르고 포장 밴드는 외주부를 밀폐하는 방식으로 패키지의 표면에 안착되어 있기 때문에, 이를 위해 추가적인 예비 신장(pre-stretching)이 요구된다.
그러므로 본 발명의 목적은, 구조상 더욱 간단한 방식으로 높은 하중을 견디면서도 더욱 견고한 포장 밴드들의 결속을 가능하게 하는 자동화된 포장 기계를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 슬라이딩 플레이트가 동시에 상대 전극으로서 형성되고 포장 밴드의 중첩되는 말단들의 영역에서는 포장 밴드의 밑면에서 패키지 상에 직접 지지되면서 이용되는 것을 통해 달성된다. 내부에 각각의 용접 방법에 따라 용접을 위한 저항 전극들 또는 보호 가스 적용을 위한 텅스텐 전극들이 위치하는 전극 챔버를 차폐하는 슬라이딩 플레이트가 용접 공정 동안 본 발명에 따라 패키지와 포장 밴드 사이에 직접 제공됨으로써 패키지를 통해 전류가 흐르지 못하게 하고, 그 즉시 상기 슬라이딩 플레이트는 또한 힘이 발생할 때 바람직하게는 패키지 상에서 직접적으로 지지를 가능하게 하는 상대 전극으로서 형성되는 것을 통해, 용접 영역으로부터 플레이트의 인출 또는 제거 후, 패키지의 고정을 위해, 인장력이 일정한 상태에서 분명히 더욱 높은 포장 밴드의 밴드 장력이 달성된다. 왜냐하면, 용접된 포장 밴드가 패키지에 안착될 때 나아갈 수밖에 없는 거리가 슬라이딩 플레이트의 얇은 두께에 의해서만 결정되기 때문이다. 매입된 상대 전극 및 추가적인 가이드를 포함하는 공지된 슬라이딩 플레이트들의 경우 포장 밴드는 패키지의 외주부에 안착될 시에 약 10㎜만큼 다시 튀어오르는 반면에, 본 발명에 따른 슬라이딩 플레이트를 이용하면 상기와 같이 튀어오르는 거리는 약 2㎜일 뿐이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 슬라이딩 플레이트는, 용접 전극의 맞은편에 위치하는 돌출 설부(protruding tongue)와, 포지셔닝 수단과 연결되는 플레이트 단부 부재를 포함한다. 그에 따라 시스템의 분리가 이루어지며, 이런 점은 한편으로 용접 전극 또는 용접 전극들로 향하는 돌출 설부의 비제한적인 포지셔닝과, 다른 한편으로는 포지셔닝 수단에 의한 이동 가압을, 바람직하게는 용접 전극들의 전진 이동 또는 밀착을 위해, 용접이 이루어지는 위치, 즉 슬라이딩 플레이트의 후방 단부로부터 이격되는 공압 실린더 유닛에 의한 이동 가압을 가능하게 한다.
또한, 시스템 분리는, 구리로 구성되는 슬라이딩 플레이트의 돌출 설부가 패키지의 표면에 탄력적으로 밀착되는 방식으로 형성될 수 있는 가능성을 개시한다. 다시 말하면 돌출 설부 또는 슬라이딩 플레이트는 예컨대 6㎜의 얇은 두께로 이루어질 수 있는데, 그 이유는 상기 돌출 설부 또는 슬라이딩 플레이트는, 패키지 상에 직접 지지되는 것을 바탕으로, 오히려 결속 헤드 하우징 내로, 그리고/또는 하우징 형태의 전극 챔버 내로 유도되어 포착되는 힘을 흡수할 필요가 없기 때문이다.
탄력적인 밀착은, 바람직하게는 패키지의 원주방향에서 바깥쪽에 위치하는 슬라이딩 플레이트의 테두리에 라운딩부(rounding) 또는 외부 반경부(outer radius)가 구비됨으로써 추가로 용이하게 된다.
본 발명의 추가의 바람직한 구현예는, 플레이트 단부 부재가 냉각제 회로를 구비하여 형성되어 냉각제 공급부에 연결될 수 있는 냉각 블록을 지지하는 점에 있다. 냉각제 회로는 간단하게는 냉각제 공급을 위해 필요하지 않은 개구부들에서 더미 플러그(dummy plug)에 의해 밀폐되는 채널들을 보링하는 것을 통해 제조될 수 있다. 패키지의 방향으로 향해 있는 측면에서 납작 머리를 보유하는 나사들을 통해 플레이트 단부 부재에 고정될 수 있는 냉각 블록은 용접 공정 시에 실질적으로 일정한 온도 수준을 보장하며, 그에 따라 전극 마모 또는 전극 소모가 감소되고, 패키지 내로 불필요한 열 전달도 방지된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예는, 플레이트 단부 부재를 수용하는 지지 프레임을 제공하며, 지지 프레임은 자체에 대해 직교하여 연장되고 통합 방식으로 압축 스프링 수단을 포함하는 수직 가이드를 구비하여 형성되며, 포지셔닝 수단이 수직 가이드에 작용한다. 그에 따라 포지셔닝 수단은, 패키지의 상부에서 지지 프레임을 통해 결속 헤드 하우징 내에서 위치 조정되는 슬라이딩 플레이트에 간접적으로 작용한다. 통합된 압축 스프링 수단은 최종 위치를 고정하는 역할을 하는데, 다시 말하면 용접 전극 또는 용접 전극들의 상승 후에 압축 스프링 수단은 슬라이딩 플레이트를 다시 이 슬라이딩 플레이트의 출발 위치로 이동시킨다.
본 발명의 제안에 따라 결속 헤드의 하우징에는, 하부 방향으로 돌출되고 패키지의 표면에 안착되며 돌출 설부로부터 포지셔닝 방향으로 이격되어 있는 단부 정지부(end stop)가 제공된다. 이 단부 정지부는 슬라이딩 플레이트의 최대 포지셔닝 이동을 제한하고 그 외에도 발생하는 힘을 포착하거나 결속 헤드 하우징 내로 유도하며, 결속 헤드 하우징은 안정된 용접 구조물로서 제조되거나, 또는 주조로부터 제조될 수 있다.
바람직하게는 전극 챔버에 수평으로 작용하는 조정 실린더가 제공되면, 가변형 점 기하구조(variable point geometry)를 갖는 변위된 용접점들이 달성된다. 이와 관련하여 예컨대 4개, 5개 또는 6개의 용접점이 제공되며, 이들 용접점은, 바람직하게는 용접점 지름 또는 전극 지름이 6 - 9㎜인 경우 개별 용접점들 간의 전류 또는 전압 누설을 방지하기 위해 약 18 - 30㎜만큼 서로 이격되어야 한다.
본 발명에 따라 2개 이상의 결속 헤드 유닛은 이들 결속 헤드 유닛과 각각 연계되는 슬라이딩 플레이트들과 함께 개별적으로 분리되어 서로 나란하게 배치된다. 이런 점은 특히 제품을 위해 요구되는 포장 밴드가 최대 폭, 통상적으로는 32㎜를 상회하는 치수를 필요로 할 때 제공된다.
본 발명의 추가의 상세 내용 및 특징들은, 특허청구범위와, 도면에 도시된 본 발명의 실시예들에 대해 하기에 제공되는 구체적인 내용으로부터 제시된다.
도 1은 자동 포장 기계를 도시한 개략도이다.
도 2는 자동 포장 기계의 상세도로서 서로 나란하게 배치되는 2개의 결속 헤드 유닛으로 구성되는 결속 유닛을 도시한 정면도이다.
도 3은 도 2의 대상을 도시한 측면도이다.
도 4는 도 3의 절단선 IV-IV를 따라 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따라 포장 밴드와 패키지의 외주부 사이에 상대 전극으로서 배치되는 슬라이딩 플레이트와 함께 포장 밴드의 중첩되는 말단들의 용접 영역을 부분적으로 절단하여 도시한 개략도이다.
도 6은 도 5와 같지만 용접 전극을 제외한 상태에서 종래 기술에 따르는 용접 영역을 도시한 개략도이다.
도 1에는 본원의 경우 금속 스트립 코일 형태인 패키지(2)를 결속하기 위한 자동 포장 기계(1)가 매우 개략적으로 도시되어 있다. 연속 조절부 및 브레이크를 포함하는 직접 권취기(3)로부터 포장 밴드(4)가 권출되고, 밴드 가이드 시스템(5)에 의해 패키지(2)의 둘레에 따라 이송된다. 이 경우 직접 권취기의 후방에 배치되는 편향 롤러(6)가 우선은 포장 밴드(4)를 롤러 교정기(7) 내로 안내하며, 롤러 교정기는 한편으로 밴드 선단이 직선으로, 그리고 꼬임 없이 밴드 가이드 시스템(5)을 통해서 결속 헤드(8)의 내부로까지 이송되고, 다른 한편으로는 포장 밴드(4)가 권출 반경이 감소함에 따라 계속해서 직선으로 밴드 가이드 시스템(5) 내에 도달하도록 보장한다. 결속 헤드(8)의 내부에서는 밴드 선단이 고정되며, 그리고 포장 루프가 패키지(2)의 외주부에 인접할 때까지 초과량의 포장 밴드가 반전된다. 초과량의 포장 밴드는 직접 권취기(3)의 반전 조절부를 통해 다시 권취된다.
실시예에 도시된 결속 헤드(8)는 서로 나란하게 배치되는 2개의 결속 헤드 유닛(8a, 8b)으로 구성되고, 이들 결속 헤드 유닛은 용접 장치(9a, 9b)들을 이용하여 신장된 포장 밴드(4)의 중첩 말단(4a, 4b)들을 연결할 수 있도록 구성된다. 상기 용접 장치들은 전극 챔버(10)의 내부에서 전극 홀더(11)들 내에 배치되는 용접 전극(12)들을 수용한다. 결속 헤드(8) 또는 결속 헤드 유닛(8a, 8b)들뿐 아니라 용접 전극(12)들은 패키지(2)의 외주부 쪽에 배치될 수 있다. 이를 위해 전극 홀더(11)들은 공압 실린더로서 형성되어 전극 챔버(10)들 상에 나사 결합되는 실린더(13)들에 의해 가압된다(도 2 및 도 3 비교).
용접 공정을 위해 용접 전극(12)들과는 일시적으로 서로 마주보는 방식으로 슬라이딩 플레이트(14)들이 연계된다. 이들 슬라이딩 플레이트는 얇은 구리로 구성되고 패키지(2)의 표면상에 직접 지지되거나 접촉하면서 동시에 상대 전극으로서 형성된다. 도 3 및 도 4로부터 알 수 있듯이, 각각의 슬라이딩 플레이트(14)는 돌출 설부(14a)와 플레이트 단부 부재(14b)를 포함하되, 슬라이딩 플레이트(14)들은 용접을 위해, 돌출 설부(14a)들이 포장 밴드(4)의 말단들로서 장력 조건에서 신장되고 중첩되는 상기 말단(4a, 4b)들의 용접 영역에서 용접 전극(12)들과 마주볼 수 있도록 배치되거나 위치 조정된다.
도 3 및 도 4로부터 알 수 있듯이, 플레이트 단부 부재(14b) 상에서는 납작머리 나사(15)들에 의해 냉각 블록(16)이 고정된다. 상기 냉각 블록에는 채널 보어부들에 의해 제조되는 냉각제 회로(17)가 구비되며, 이 냉각제 회로는 냉각제(물)의 공급 및 배출을 위한 포트(18)들을 각각 포함한다. 냉각제 회로(17)의 채널 보어부들 중 필요하지 않은 유출구들은 더미 플러그(19)들에 의해 밀폐된다. 냉각 블록(16)을 포함하는 슬라이딩 플레이트(14)의 플레이트 단부 부재(14b)는 지지 프레임(20)에 의해 수용되며, 지지 프레임은 선형으로 위치 조정될 수 있는 방식으로 결속 헤드 하우징(21)(도 3 참조)의 내부에 배치된다.
지지 프레임(20)을 위치 조정하고, 그에 따라 슬라이딩 플레이트(14)를 위치 결정하기 위해, 포지셔닝 수단(22)으로서 공압 실린더 유닛이 제공된다. 공압 실린더 유닛은 피스톤 로드(23)를 이용하여 지지 프레임(20)에 대해 직교하여 연장되는 칼럼형 수직 가이드(24)에 작용한다.
도 3에서는, 결속 헤드 하우징(21)이 하부 방향으로 돌출되고 슬라이딩 플레이트(14)의 돌출 설부(14a)에 대해 이격되어 마주보고 위치하는 단부 정지부(25)와, 그 외에도 전극 챔버(10)에 수평으로 작용하는 조정 실린더(26)를 구비하여 형성되어 있음을 알 수 있다. 조정 실린더(26)는 가변하는, 특히 오프셋 된 용접점들을 가능하게 한다.
도 5로부터 알 수 있듯이, 원주 방향(27)에서 바깥쪽에 위치하는 슬라이딩 플레이트(14)의 테두리들에, 또는 2개의 슬라이딩 플레이트가 나란하게 배치되는 경우에는 돌출 설부(14a)들의 각각 바깥쪽 테두리들(도 4 참조)에 라운딩부(28)가 구비되어 있으며, 이런 점은 패키지(2)의 외연부에 대해, 자체의 얇은 두께로 인해 여하히 탄력적인 슬라이딩 플레이트(14 또는 14a, 14b)의 적합한 조정 또는 밀착을 추가로 용이하게 한다.
도 5로부터는, 파선으로 도시된 상대 전극(114a)이 하부의 강재 슬라이더(114) 내에 매입되어 있고 더욱이 강재 슬라이더(114)는 측면 벽부들의 그루브들 내에서 안내되는 도 6에 도시된 공지된 슬라이딩 플레이트 형식과 비교할 때, 인장력에서 달성된 이익의 큰 장점을 분명하게 알 수 있다. 왜냐하면, 도 6에 따라서는, 강재 슬라이더와 이 강재 슬라이더의 측면 벽부 가이드들에 의해 긴 거리가 극복되어야 하며, 이런 거리는 폐쇄된 루프가 패키지(2)의 외주부에 접촉하기 위해 다시 튀어오르면 인장력 손실을 초래하는 것으로 인해 포장 밴드의 높은 연신율이 필요하기 때문이다. 그에 따라 상기 부분에서 추가적인 연신율은 도 5에 따르는 경우 실질적으로 완전하게 인장력으로서 이용된다.
1: 자동 포장 기계
2: 패키지 / 금속 스트립 코일
3: 직접 권취기(direct winder)
4: 포장 밴드
4a, 4b: 포장 밴드의 중첩 말단
5: 밴드 가이드 시스템
6: 편향 롤러
7: 롤러 교정기
8: 결속 헤드
8a, 8b: 결속 헤드 유닛
9a, 9b: 용접 장치
10: 전극 챔버
11: 전극 홀더
12: 용접 전극
13: 용접 전극 전진 이동을 위한 실린더 / 공압 실린더
14: 슬라이딩 플레이트
14a: 돌출 설부(protruding tongue)
14b: 플레이트 단부 부재
15: 납작 머리 나사
16: 냉각 블록
17: 냉각제 회로
18: 포트 / 냉각제 공급부 또는 배출부
19: 더미 플러그
20: 지지 프레임
21: 결속 헤드 하우징
22: 포지셔닝 수단
23: 피스톤 로드
24: 수직 가이드
25: 단부 정지부
26: 조정 실린더
27: 원주 방향
28: 라운딩부
114: 강재 슬라이더
114a: 상대 전극

Claims (10)

  1. 패키지의 둘레에 적어도 하나의 포장 밴드를 고정시키는 자동 포장 기계로서,
    패키지에 대해 결합가능한 결속 헤드;
    인장 장치;
    신장된 포장 밴드의 말단부를 연결하기 위한 것으로서,
    전극 챔버 내의 전진이동가능한 하나 이상의 상부 용접 전극 및
    상기 용접 전극과 일시적으로 상호작용하는 상대 전극
    을 포함하는 용접 장치; 그리고
    패키지쪽으로 이동가능하고, 상기 상대 전극을 형성하고, 상기 포장 밴드의 중첩되는 말단부들의 아래에서 상기 패키지에 직접 결합되며, 상기 용접 전극으로부터 이격된 돌출 설부와 포지셔닝 수단과 연결된 플레이트 단부 부재를 가지고 있는 슬라이딩 플레이트를 포함하고,
    상기 전극 챔버에 수평으로 작용하는 조정 실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포장 기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플레이트 단부 부재는 냉각제 공급부에 연결될 수 있는 냉각제 회로로 형성되어 있는 냉각 블록을 지지하는 것을 특징으로 하는 자동 포장 기계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플레이트 단부 부재를 지지하며 통합 방식으로 압축 스프링 수단을 가지는 수직 가이드를 구비한 지지 프레임을 더 포함하고 있고, 상기 포지셔닝 수단이 상기 수직 가이드에 작용하는 것을 특징으로 하는 자동 포장 기계.
  4. 제3항에 있어서, 공압 실린더 유닛이 상기 포지셔닝 수단을 형성하는 것을 특징으로 하는 자동 포장 기계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 슬라이딩 플레이트는 구리로 형성되어 있고, 적어도 상기 돌출 설부는 상기 패키지의 표면에 탄력적으로 밀착되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 포장 기계.
  6. 제5항에 있어서, 상기 패키지의 원주 방향에서 바깥쪽에 위치하는 슬라이딩 플레이트의 테두리들에 라운딩부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 포장 기계.
  7. 제1항에 있어서, 조정 방향으로 상기 돌출 설부로부터 이격되어 있으며, 상기 결속 헤드의 하우징에서, 하부 방향으로 돌출되고 상기 패키지의 표면에 안착되는 단부 정지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 포장 기계.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 각각 슬라이딩 플레이트가 있는 2개 이상의 결속 헤드 유닛이 서로 나란하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 포장 기계.
  10. 삭제
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