Maschine zum Ausrichten und Ausstatten von Gegenständen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Ausrichten und/oder Ausstatten von Gegenständen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Maschinen sind aus den verschiedensten Bereichen bekannt. Sie werden z.B. auch in der Getränkeindustrie verwendet, um Produkte zur weiteren Verarbeitung auszurichten. Eine weitere Verarbeitung könnte beispielsweise ein Überprüfen bestimmter Merkmale oder die Etikettierung der Gegenstände sein. Werden bei einer Etikettierung die Behälter mehrfach behandelt, so ist auch während des Bearbeitungsvorgangs eine Aus- und Umrichtung nötig. Dies geschieht mit im Drehtisch der Maschine drehbar gelagerten Tellern, auf denen die zu behandelnden Gegenstände gestellt sind. Diese Teller werden durch Steuer- und Antriebseinrichtungen in die jeweilige Position gebracht.
Eine solche Steuereinrichtung kann z.B. eine in sich geschlossene Steuerkurve sein, bei der Rollenhebel entweder direkt (DE-AS 1 486 138) oder indirekt (DE-AS 1 258 784) an den Drehtellern angreifen. Es sind auch Steuer- und Positioniereinrichtungen bekannt, bei denen an der dem Produkt abweisenden Seite der Drehteller Zahnräder angebracht sind, die mit umlaufenden Zahnriemen in Eingriff stehen. Die mit solchen Einrichtungen zu erzeugenden Drehbewegungen sind vor allem bei der Rundumetikettierung in Verwendung. Sind Etikettiermaschinen schnell an andere zu etikettierende
Gegenstände anzupassen, so stoßen die oben genannten Steuer- und Positioniereinrichtungen schnell an ihre Grenzen.
Für solche Fälle gibt es bereits Lösungen, bei deren Anwendung verschiedenste Drehbewegungen realisiert werden können. Eine solche Lösung wird in DE 31 37 201 AI offenbart. Dort wird an jedem Drehteller zur Steuerung desselben ein elektrischer Schrittmotor gekoppelt, der ihn in Abhängigkeit von den Bewegungsverhältnissen des Drehtisches mit Steuerimpulsen versorgt. Bei einer Umstellung auf andere zu etikettierende Behälter brauchen somit keine an der Drehbewegung beteiligten Garniturenteile mehr gewechselt zu werden. Es muss lediglich das Dreh- und Steuerprogramm aktualisiert werden. Aus DE 33 08 934 CI ist ferner eine Kombination aus einem mechanischen und motorischen Drehtellerantrieb bekannt.
Bei allen genannten Lösung befinden sich aber drehzahluntersetzende Übertragungsglieder zwischen dem die Energie für die Drehung des auszurichtenden bzw. auszustattenden Gegenstandes erzeugenden Objekts und dem Drehteller. Mit diesen Übertragungsgliedern, wie z.B. Getriebe, Wellen, Zahnriemen usw., konnten auch bei hohen Maschinenleistungen die notwendigen Drehmomente zur schnellen Drehung der auszurichtenden bzw. auszustattenden Gegenstände mit herkömmlichen Motoren aufgebracht werden. Solche Übertragungsglieder unterliegen aber einem hohen Verschleiß, müssen regelmäßig gewartet bzw. ausgewechselt werden und verursachen spielbedingte Ungenauigkeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine Ausrichtung
bzw. Ausstattung von Gegenständen mit geringerem Aufwand bei hoher Genauigkeit möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Maschine zum Ausrichten und/oder Ausstatten von Behältern. Unter Behälter sind Gegenstände verschiedenster Art und Form zu verstehen. Dies können beispielsweise Flaschen, Dosen oder Kanister sein. Unter Ausstatten kann man verschiedene Vorgänge, wie zum Beispiel das Etikettieren, das Beschriften oder das Verschließen verstehen. Die Behälter stehen dabei auf Drehtellern, die vorzugsweise eine runde, im Wesentlichen flache Form aufweisen. Oftmals haben die Drehteller Vertiefungen oder Erhebungen, die zur Zentrierung der Behälter dienen. Neben den runden und/oder flachen Drehtellern sind aber auch andere Ausprägungen denkbar. Die Drehteller befinden sich drehbar gelagert auf einem Tisch, der um eine feststehende, vorzugsweise vertikale Achse rotiert. Es sind aber auch lineare Tische bzw. Förderer mit Drehtellern denkbar.
Jeder sich auf dem Drehtisch befindliche Drehteller ist mit einer eigenen motorischen Antriebseinheit, z.B. einem elektrischen Synchron- oder Asynchronmotor, ausgestattet. Der Drehteller ist mit seiner Antriebseinheit so verbunden, dass er vom Motor der Antriebseinheit im DrehzahlVerhältnis 1:1 angetrieben wird. Die Drehzahl des Drehtellers entspricht der des Motordrehfeldes . Bevorzugt ist die Antriebswelle des Motors konzentrisch zur Drehachse des Drehtellers angeordnet . Auf diese Weise sind ggf. auch einen Achsversatz ausgleichende Kupplungselemente entbehrlich. Es handelt sich
dabei um einen sog. Direktantrieb, bei dem keine Zwischenschaltung von verschleißanfälligen drehzahluntersetzenden Übertragungsgliedern zwischen der Motorabtriebswelle und dem Drehteller nötig ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Antriebseinheit aus einem Direktantrieb und einer Steuereinrichtung, so dass jeder Direktantrieb seine eigene Steuereinrichtung besitzt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Steuereinrichtung unmittelbar am Direktantrieb. Aufwändige Verbindungen und offen liegende Verkabelungen sind dadurch nicht nötig.
Der Motor der Antriebseinheit kann verschieden ausgebildet sein. Es kann sich beispielsweise um einen vielpoligen Servomotor in konventioneller Bauweise, einen Scheibenläufermotor oder einen Außenläufermotor handeln. Bei einem Außenläufermotor ist eine Ausprägung als Glockenankermotor besonders günstig. Dieser hat den Vorteil, dass er im Vergleich zum Innenläufermotor bei gleicher Baugröße auf Grund des größeren Durchmessers des Läufers ein höheres Drehmoment liefert. Eine besonders kompakte Bauweise kann mit dem Glockenankermotor dann erzielt werden, wenn der sich drehende Rotor gleichzeitig als Drehteller für den auszurichtenden bzw. auszustattenden Gegenstand fungiert. Es kann aber auch ein separater Drehteller auf dem Glockenanker befestigt werden. Der Glockenanker kann sich über ein Drehlager direkt oder unter Zwischenschaltung einer Bodenplatte auf dem Drehtisch der Maschine abstützen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Steuereinrichtungen kommunikativ miteinander verbunden. Eine solche Verbindung kann sowohl drahtlos als auch drahtgebunden
realisiert werden. Eine drahtlose Lösung könnte beispielsweise als Infrarot- oder Bluetooth Verbindung, eine drahtgebundene Lösung zum Beispiel als Bus-System realisiert werden. ird ein Bus-System verwendet, sind die Steuereinrichtungen vorzugsweise über eine Ringleitung miteinander verbunden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem verwendeten Bus- Systems um einen CAN-Bus. Über ein solches
KommunikationsSystem können verschiedenste Informationen, wie z.B. die momentane Drehtischposition oder das Drehprogramm für die jeweiligen Drehteller eingespielt, ausgetauscht und verändert werden.
Das Drehprogramm für die Drehteller zur Ausrichtung der Behälter ist vorzugsweise als Polynom sechsten Grades in den Steuereinrichtungen hinterlegt. Ist die Maschine auf andere auszurichtende bzw. auszustattende Gegenstände umzustellen, brauchen keine Garniturenteile (Steuerkurven, Riemenräder oder dgl.) mehr gewechselt zu werden, sondern es wird das Drehprogramm für die Drehteller den jeweiligen Gegenständen angepasst bzw. ein anderes, bereits gespeichertes Drehprogramm aus einem Speicher aufgerufen. Die Einspielung von aktuellen Drehprogrammen kann z.B. über ein Programmiergerät erfolgen, an die SPS der Maschine weitergegeben und dann über das Bus-System an alle Steuereinrichtungen verteilt werden.
Um die Position des Drehtellers immer exakt angeben zu können, ist es von Nöten, einen Lagegeber zu verwenden. Dieser ist vorzugsweise konzentrisch an der
Motorabtriebswelle befestigt. Vorzugsweise wird als Lagegeber ein Resolver verwendet. Zur Ausrichtung der Behälter ist jedem Drehteller ein Sensor zugeordnet. Bei solchen Sensoren
kann es sich beispielsweise um optische Sensoren, wie Lichttaster, -schranken oder Kamerasysteme, handeln. Aber auch andere Sensorsysteme wie zum Beispiel magnetisch oder akustischarbeitende sind denkbar. Sie müssen lediglich an bestimmte Erkennungsmerkmale der auszurichtenden bzw. auszustattenden Behälter angepasst sein, um deren individuelle Merkmale zu erkennen. Die den Drehtellern zugeordneten Sensoren sind vorzugsweise direkt an die Steuereinrichtung angeschlossen.
In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, nicht jeden Drehteller mit einem Sensor zu versehen, sondern einen zentralen ortsfesten Sensor/Kamera an der Maschine anzubringen. Die Position der Behälter wird bei der Vorbeibewegung am Sensor erkannt und über das Bus-System an die jeweiligen Steuereinrichtungen der Drehteller weitergegeben, um diese dann entsprechend auszurichten. Die Auswertung der Signale des Sensors erfolgt in beiden Fällen in der sich an der Antriebseinheit befindlichen Steuereinrichtung. Die ausgewerteten Signale werden an die Antriebseinheit in Form von Steuerimpulsen weitergegeben, so dass der sich auf dem Drehteller befindliche Behälter auf dem kürzesten Weg in die korrekte Position gedreht werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Welle vom Motor bis zum Drehteller nicht einstückig sondern zweistückig ausgebildet und die Lagerung erfolgt schwimmend. Auch das Gehäuse ist in zwei Teile aufgeteilt, wobei der erste Teil den Läufer des Motors und die Steuereinrichtung umfasst. Der zweite Teil des Gehäuses ist vorzugsweise als Lagerschild ausgebildet, das in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform als Buchse im Drehtisch verwendet werden kann. Diese Lösung ist sehr platzsparend. In das Lagerschild
ist eine Aufnahmeeinrichtung integriert, die an ihrer dem Drehtisch abgewandten Seite die Motorwelle und an ihrer dem Drehtisch zugewandten Seite den Drehteller aufnehmen kann. Der Drehteller ist mit einer Vorrichtung ausgestattet, die mit der Aufnahmeeinrichtung in Eingriff gebracht werden kann. Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise ein Zapfen, ein Bolzen oder eine Hohlwelle sein. Die Vorrichtung kann glatt, mit Gewinden versehen oder als Schnellverschluss ausgeprägt sein. Der Schnellverschluss kann zum Beispiel als Schnappverschluss ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich das zweite Lager der schwimmenden Lagerung der Motorwelle im zweiten Teil des Gehäuses, und dient somit gleichzeitig der Lagerung der Aufnahmeeinheit. Dabei ist die Lagerung so ausgebildet, dass auf den Drehteller wirkende Kräfte nicht über die Motorabtriebswelle, sondern über das Gehäuse der Antriebseinrichtung abgeleitet werden. Die Verwendung dieser Aufnahmeeinrichtung hat den Vorteil, dass eine kostengünstige, platzsparende und wartungsfreundliche Lösung realisiert werden kann, da das Lager der Aufnahmeeinrichtung auch zur Lagerung des Motors dient. Außerdem kann beim Auswechseln des Drehtellers oder der Antriebseinrichtung der jeweils andere Teil am Drehtisch verbleiben.
Im Nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Hälfte einer Ausrichtungs- bzw. Ausstattungsmaschine,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Antriebseinheit eines Drehtellers einer Ausrichtungs- bzw. Ausstattungsmaschine und
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Antriebseinheit und eines Drehtellers einer Ausrichtungs- bzw. Ausstattungsmaschine .
Der in Fig. 1 dargestellte Behälter 4 ist eine Dose und wird zum Ausrichten und/oder Ausstatten mit Hilfe einer gesteuert vertikal heb- und senkbaren Befestigungseinrichtung 8 gegen einen auf einem Drehtisch 3 gelagerten Drehteller 2 gedrückt. Unterhalb des um eine vertikale Hauptachse 18 drehbar gelagerten Drehtisches 3, ist die motorische Antriebseinheit 5 für den Drehteller 2 und die zugehörige Steuereinrichtung 12 befestigt. Dabei ist die Motorabtriebswelle 11 konzentrisch zur Drehachse A des Drehtellers 2 bzw. des Behälters 4 fluchtend angeordnet (siehe Fig. 2) .
Die Steuereinrichtung 12 ist platzsparend direkt an die Antriebseinheit 5 gekoppelt. Ein Sensor 6 erkennt die Drehposition des Behälters 4 relativ zum Drehtisch und gibt diese Information an die mit ihm verbundene Steuereinrichtung 12 weiter, damit eine gewünschte Ausrichtung des Behälters durchgeführt werden kann. Der Drehteller 2 ist mit der Antriebseinheit 5 über einen den Drehtisch 3 durchgreifenden Zapfen 16 drehverbunden. Die momentane Maschinen- bzw. Drehtischposition der Ausrichtungs- und/oder Ausstattungsmaschine wird über einen Drehimpulsgeber 7 bestimmt. Die erhaltene PositionsInformation wird über eine Bus-Leitung 9 an die Steuereinrichtung 12 übergeben und von dort aus über eine nicht gezeigte Bus-Ringleitung an alle
anderen Steuereinrichtungen der benachbarten, auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordneten Drehteller weitergegeben.
Fig. 2 zeigt zentral die Motorabtriebswelle 11 der hier im Längsschnitt abgebildeten Antriebseinheit 5. Das obere Ende der Motorabtriebswelle 11 befindet sich verdrehfest, aber axial steckbar im unteren Ende (Bohrung) einer konzentrisch angeordneten Aufnahmeeinheit 21. Das obere Ende dieser Aufnahmeeinheit 21 kann eine Vorrichtung 16 verdrehfest aufnehmen, wie sie der in Fig. 1 dargestellte Drehteller 2 aufweist. In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist diese Vorrichtung als axial steckbarer Zapfen 16 ausgebildet.
Die Aufnahmeeinheit 21 ist im Lagerschild 15 der Antriebseinheit 5 durch ein Lager 22 drehbar gelagert. Das Lager 22 kann als Festlager ausgeführt sein. Das Lagerschild 15 bildet einen vom Gesamtgehäuse der Antriebseinheit 5 lösbaren, zweiten Teil. Es kann vom restlichen, die Motorwicklungen 14 beherbergenden Gehäuse der Antriebseinheit 5 in axialer Richtung abgenommen werden, so dass die Motorabtriebswelle 11 der Antriebseinheit 5 frei sichtbar ist. Das Lagerschild 15 ist zugleich äußerlich als Buchse ausgebildet, so dass es von unten in eine Aufnahmebohrung im Drehtisch 3 einer Ausricht- bzw. Ausstattungsmaschine eingeführt und an diesem beispielsweise mit Schrauben befestigt werden kann.
Muss die motorische Antriebseinheit 5 ggf. gewechselt werden, so kann das Lagerschild 15 mit der Aufnahmeeinheit 21 und dem Drehteller 2 im Drehtisch 3 verbleiben. Muss nur der Drehteller 2 ausgewechselt werden, so wird er lediglich mit seinem Zapfen 16 aus einer Bohrung in der Aufnahmeeinrichtung 21 nach oben herausgezogen.
Wird das Lagerschild 15 von der Antriebseinheit 5 entfernt, so ist diese nicht betriebsbereit, da dann die zweite Lagerung für die Motorabtriebswelle 11 fehlt. Die Lagerung 22 in der Aufnahmeeinheit 21 im Lagerschild 15 ist so angeordnet und ausgebildet (Festlager) , dass die auf den Drehteller 2 übertragenen Kräfte beim Einspannen der Behälter 4 nicht über die Motorwelle 11 , sondern über das Lagerschild 15 der Antriebseinheit 5 zum Drehtisch abgeleitet werden. Das untere Lager der Motorwelle 11 kann daher als ein einfaches Loslager ausgeführt sein.
Unmittelbar an der Antriebseinheit 5 befindet sich die Steuereinrichtung 12. Diese überträgt Steuerbefehle an die Antriebseinheit 5, worauf sich der Motor der Antriebseinheit 5 entsprechend bewegt. Am unteren Ende der Motorabtriebswelle 11 befindet sich ein Lagegeber 13. Dieser ist als Resolver ausgebildet und überträgt die Positionsinformationen der Motorabtriebswelle 11 und somit auch des Drehtellers 2 zurück an die Steuereinrichtung 12.
In Fig. 3 ist eine Variante einer Antriebseinheit mit einem Außenläufermotor im Längsschnitt abgebildet, bei der der Behälter 4 nicht auf einem separaten Drehteller 2 steht, sondern auf einem drehbaren Gehäuse 2' des Motors. Das an seiner radial inneren Seite umfänglich mit mehreren Magneten 20 bestückte, drehbare Gehäuse 2' ist gleichzeitig der den Stator 17 des Elektromotors umfassende Rotor (Glockenanker) . Der die Motorwicklungen aufweisende Stator 17 ist verdrehfest auf dem Drehtisch 3 befestigt. Das Gehäuse 2' stützt sich über wenigstens ein konzentrisch zum Stator 17 angeordnetes Drehlager um eine vertikale Achse A drehbar direkt auf den Drehtisch 3 ab. Die Bauteile des Außenläufermotors können
aber auch in nicht dargestellter Weise auf einer vom Drehtisch lösbaren Bodenplatte montiert sein und so eine schnellwechselbare Einheit bilden. Diese Außenläuferkonstruktion ermöglicht einen im Prinzip motorwellenlosen Direktantrieb eines Drehtellers, der dem Drehfeld des Motors unmittelbar im DrehzahlVerhältnis 1 : 1 folgt und nur eine minimale Anzahl von Bauteilen benötigt. Die aktuelle Drehstellung des Drehtellers ist über einen nicht näher dargestellten Drehgeber erfassbar.
Der Sensor 6 erkennt die Drehposition des Behälters 4 und gibt diese über eine Leitung 19 direkt an die Steuereinrichtung 12 weiter. Die dem Motor zugeordnete Steuereinrichtung 12 ist in diesem Fall geschützt unterhalb des Drehtisches 3 befestigt und durch eine nicht gezeigte Bus-Ringleitung mit den anderen Steuereinrichtungen 12 der anderen Drehteller 2' kommunikativ verbunden. Abweichend von der zeichnerischen Darstellung kann die Steuereinrichtung mit dem Motor eine räumlich zusammengefasste Einheit bilden.