DE3715838C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsverfahren für Schlauch­ beutelmaschinen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und zur Durchführung dieses Verfahrens einen Antrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 3.

Intermittierend angetriebene Schlauchbeutelmaschinen arbeiten herkömmlich so, daß eine Hüllstoffbahn von einer Vorratsrolle ratsrolle abgezogen und durch Zusammenführen der Ränder der Bahn ein Schlauch an einem Formrohr gebildet wird, worauf diese Ränder zu einer Längsnaht verschweißt werden und der entstandene Schlauch quer zur Transportrichtung mit Siegel­ nähten versehen wird. Durch das Formrohr hindurch wird je­ weils ein bodenseitig verschlossener Schlauchbeutel mit Packgut beschickt und dann oben versiegelt.

An den üblichen Schlauchbeutelmaschinen dieser Art, deren Antriebe mit konstanten Drehfrequenzen laufen, entstehen bei den industriell verlangten Leistungen hohe dynamische Beanspruchungen, vor allem der Abzugs- und Quersiegelein­ richtungen. Bei sehr kurzen Arbeitszyklen sind die anteili­ gen Zeiten für die Siegelung so kurz, daß die Qualität der Quernähte nachläßt, beispielsweise infolge ungenügender Er­ wärmung der Folienlagen und unzureichender Kühlung bzw. Verfestigung der Naht. Auch deren relativ frühe Belastung durch das Füllgut kann sich nachteilig auswirken. Am Hüll­ stoffschlauch selbst tritt durch reibschlüssigen Angriff seitlicher Abzugsbänder oder -riemen eine Zugbeanspruchung auf, die zur Überdehnung der Folie und damit zu minderer Packungsqualität führen kann. Wo nur ein einziger Antriebsmotor verwendet ist, ist die dadurch erforderliche Kupp­ lungs-Brems-Kombination einem beträchtlichen Verschleiß ausgesetzt.

Eine Haupt-Belastungsquelle der Verpackungsmaschine ist die herkömmliche Kurvensteuerung der Siegelwerkzeuge. Hierbei kommt es zu so hohen Beschleunigungen, daß die Kurvenrollen von den Steuerkurven, jedenfalls im Bereich extremer Krüm­ mungen der Kurven, von diesen abheben können. Nachteilig ist es auch, daß beim Einstellen bzw. Einrichten der Ma­ schine die Winkelabstimmung der Steuerkurven mit den Abfüll- und Faltzeiten des Packgutes sowie den Hüllstoff-Ab­ zugszeiten sehr genau vorgenommen werden muß, was zwangs­ läufig hohen Zeitaufwand erfordert.

Aus der DE-OS 28 52 890 ist es bereits bekannt, daß die Winkelgeschwindigkeit der Steuerkurven während ihres Um­ laufs verändert wird. Weil man aber mit einer solchen Vor­ richtung die Zeit für die Siegelung verändern, vorzugsweise verlängern, ohne daß die Gesamtzeit des Arbeitszyklus ver­ ändert wird, dann erfordert das jeweils neue Steuerkurven, deren Herstellung bekanntlich sehr arbeitsaufwendig ist.

Bei einer horizontal arbeitenden Verpackungsmaschine gemäß EP-PS 00 71 653 ist es ferner möglich, daß in einem Ar­ beitszyklus mit zwei unterschiedlichen Winkelgeschwindig­ keiten gearbeitet wird. Beide Winkelgeschwindigkeiten sind hierbei jedoch nicht frei wählbar; wird die Winkelgeschwin­ digkeit in dem einen Teil des Arbeitszyklus beispielsweise erhöht, dann sinkt sie zwangsweise in dessen anderem Teil entsprechend ab. Es ist weiterhin bei der bekannten Vor­ richtung nicht möglich, bei vorgegebener Zeitdauer des ge­ samten Arbeitszyklus die Zeitdauer eines Teilzyklus zu ver­ ändern, ohne daß sich nicht auch die Zeitdauer des anderen Teilzyklus verändert. Bei Schlauchbeutelmaschinen ist es nun aber im Gegensatz zu der bekannten Verpackungsmaschine durchaus erwünscht, daß - ausgehend von einer technologisch erforderlichen Zeit für die Siegelung und der entsprechend der Steuerkurve eingestellten Winkelgeschwindigkeit - die übrigen Teilzyklen individuell einstellbar sind, so daß ein optimal gestalteter Gesamtzyklus entsteht.

Bei einer anderen, gleichfalls horizontal arbeitenden Ver­ packungsmaschine entsprechend der DE-OS 36 21 556 werden die Siegelstationen durch einen vom Hauptantrieb getrenn­ ten, gesonderten Antrieb betätigt; beide Antriebe können aufeinander abgestimmt werden und sind frei programmierbar. Unterschiedliche Winkelgeschwindigkeiten innerhalb eines Arbeitszyklus sind hier aber nicht vorgesehen.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, den Antriebsver­ fahren bei Schlauchbeutelmaschinen auf einfache Weise so zu verbessern, daß die Bewegungsabläufe möglichst gleich­ mäßig vor sich gehen und flexibel steuerbar sein sollen, den praktischen Betriebsanforderungen weitestgehend gerecht werden und eine hohe Packleistung erzielt werden kann. Angestrebt wird außerdem eine durch das Antriebssystem ermöglichte Herabsetzung des konstruktiven Aufwandes für den zugehöri­ gen Antrieb.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des An­ spruches 1. Ausgestaltungen sind Gegenstand des Anspruches 2. Der Grundaufbau des Antriebs nach der Erfindung ist in Anspruch 3 gekennzeichnet

Nach der Erfindung sind für die Bewegung von Hüllstoffbahn einerseits und Siegelbacken andererseits zwei zwar ge­ trennte, jedoch zusammenwirkende Antriebe vorhanden, die insbesondere rechnergesteuert gekoppelt sind. Dank dieser Maßnahmen erreicht man große Laufruhe und hohe Flexibilität des Antriebs. Für die verschiedensten Anwendungsfälle las­ sen sich optimale Bewegungsabläufe mit sehr geringem Auf­ wand gewinnen. Dadurch werden Leistungsbereiche auch für intermittierende Schlauchbeutelmaschinen erschlossen, bei denen bislang eine kontinuierliche Betriebsweise notwendig war. Nunmehr werden die Belastungsgrenzen nicht nur durch die Maschinenelemente, sondern durch die Eigenschaften der diversen Verpackungsgüter bestimmt.

Hierzu trägt es wesentlich bei, wenn die Winkelgeschwindig­ keit der Steuerkurven für die Siegelbacken veränderlich ist. So können innerhalb jedes Arbeitszyklus wenigstens zwei Winkelgeschwindigkeitsstufen auftreten, die bevorzugt weich ineinander übergehen und ein Extremverhältnis von bis zu 1 : 5 haben können. Dadurch ergeben sich nicht nur ver­ fahrensmäßig große Vorteile, sondern auch für die Ausstat­ tung und Lagerhaltung, da man nun mit einheitlichen Steuer­ kurven von wenigen Grundformen und Größen arbeiten kann.

Oft sitzen zwei gleichartige Steuerkurven um 180° zueinan­ der versetzt auf einer Antriebswelle, deren Drehzahl während jedes Umlaufes veränderlich ist. Es ist besonders vorteilhaft sowohl für die Minimierung der dynamischen Beanspruchungen als auch zum Herstellen optimaler Siegelnähte, weil die Steuerkurven, wie beispielsweise aus Korst, An­ triebs- und Schaltelemente bei Einwickelmaschinen, nv 10/1969, Seiten 1584 bis 1586 bereits bekannt, einen in etwa herzförmigen Verlauf haben, bei dem sich ein abge­ flachter Umfangsteil mit großem Radius an einem Umfangsteil mit kleinerem Radius anschließt, wodurch die Siegelbacken in jedem Arbeitszyklus zweimal zum Stillstand kommen, so daß die Winkelgeschwindigkeit in der Siegelphase stets am niedrigsten ist, obwohl der zugehörige Kurvensek­ tor auf einen verhältnismäßig kleinen Zentriwinkel von bei­ spielsweise von 60° beschränkt sein kann. Das ermöglicht sehr günstige kinematische Übergänge zu anderen Radien bzw. Hubstellungen, die sich über große Winkelbereiche er­ strecken.

Verfahren und Vorrichtung der Erfindung sind so ausgebildet, daß an der Quersiegeleinrichtung optimal lange Ver­ weil- und Kühlzeiten zur Verfügung stehen. Ferner ist der Hüllstofftransport jeweils auf einen Teil des Arbeitszyklus beschränkt, so daß nicht nur schonender Abzug des Hüllmaterials gewährleistet ist, sondern gleichzeitig damit auch die Abpackung und Ausbringung außerordentlich gesteigert wird. Gegenüber dem Stand der Technik ist damit eine viel flexiblere Betriebsweise intermittierender Schlauchbeutel­ maschinen erzielt, die infolgedessen erheblich vielseitiger und leistungsfähiger als herkömmlich sind.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt

Fig. 1 ein typisches Zeitdiagramm von Drehwinkel und Winkelgeschwindigkeit in einem Arbeitszyklus des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine teilweise schematisierte Seitenansicht einer Antriebs- und Siegelvorrichtung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf wesentliche Teile der Anordnung von Fig. 2,

Fig. 4 ein Abwicklungsdiagramm der Winkelabhängigkeit des Radius/Hubes einer Steuerkurve,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm der Winkelgeschwindigkeit eines Hüllstoff-Antriebs während eines Arbeitszyklus und

Fig. 6 ein Zeitdiagramm der Steuerkurven-Winkelgeschwindigkeit während eines Arbeitszyklus.

Für die in Fig. 1 dargestellten Kurvenverläufe ist als Zeitpunkt 0 der Beginn der Versiegelung bzw. der Schweißzeit gewählt. Der Steuerungs-Antrieb (Fig. 2 und 3) läuft hierbei mit im wesentlichen konstanter, niedriger Winkelgeschwindigkeit ω₁ bis zu einem Sektorenwinkel ω₁ von z. B. 60°. Hierfür steht die Zeit t₁ zur Verfügung, die einen verhältnismäßig großen Teil des gesamten Arbeitszyklus T einnimmt. Es folgt ein relativ flacher Übergang zu einer zweiten Winkelgeschwindigkeit ω₂, die beigehalten wird, bis ein weiterer Drehwinkel α₂ von etwa 110° erreicht ist; zu diesem Zeitpunkt t₂ ist bereits mehr als die Hälfte des Arbeitszyklus T verstrichen. Nun erfolgt ein weicher, aber steiler Anstieg der Winkelgeschwindigkeit bis zu einer Stufe ω₃, die im wesentlichen bis zu einem Zeitpunkt t₃ aufrechterhalten wird, bis also ein Winkel α₃ kurz vor Ende des vollen Umlaufes erreicht ist. Sodann geht die Winkelgeschwindigkeit wieder auf die niedrigste Stufe ω₁ zurück, und der nächste Arbeitszyklus kann beginnen.

Mittel zur Ausführung solcher Abläufe sind in den Fig. 2 und 3 gezeichnet. An einer Frontplatte 10 einer Schlauchbeutelmaschine ist eine Konsole 12 befestigt, die ein Servo- Antrieb 14 mit einer Antriebswelle 16 haltert. Diese trägt ein Kurvenpaket 18 zum Steuern zweier Siegelbacken 20, 20′ über eine Schubstange 22 bzw. ein Schubstangenpaar 32, 32′. Die Schubstangen 22/32/32′ sind in einer Führung 23 mit Buchsen 24/34/34′ verschiebbar gelagert.

Eine von der Schubstange 22 stirnseitig getragene Kurvenrolle 26 tastet eine obere Steuerkurve 28 des Kurvenpaketes 18 an der Außenkontur 30 ab. Die Kontur 40 einer unteren Steuerkurve 38 wird von einer Kurvenrolle 36 abgetastet, die an einem Bügel 33 zwischen dem Schubstangenpaar 32, 32′ gehaltert ist. Die vorbeschriebene Anordnung bildet insgesamt einen Siegelbacken-Antrieb K.

Außerdem haltert die Frontplatte 10 an einer Konsole 42 einen weiteren Servo-Antrieb 44 für den Hüllstoffbahn- Antrieb H einer nur schematisch angedeuteten Antriebskette 46.

Ein als Rechner ausgebildetes Steuergerät C wird über Eingangsleitungen 50 mit Daten gespeist und ist über Steuerleitungen 52 mit den Antrieben 14, 44 verbunden.

Quer zu der vertikalen Frontplatte 10 sind die Siegelbacken 20, 20′ über die Schubstangen 22; 32, 32′-ein- und ausfahrbar. Während der Hüllstoffbahn-Antrieb H in vorgegebenem Arbeitstakt schlauchförmiges Material an die Siegelbacken 20, 20′ heran und zwischen ihnen hindurchführt, sind diese Backen geöffnet. Der in Fig. 3 mit 0° bezeichnete Umfangspunkt an den Steuerkurven 28, 38 entspricht dem Schließbeginn der Siegelbacken 20, 20′. Dadurch wird eine Naht erzeugt, die den vorangehenden Schlauchbeutel S verschließt und gleichzeitig eine Bodennaht des folgenden Schlauchbeutels bildet (wie vorher - Fig. 2, unten). Bis zum Zeitpunkt t₁ und eventuell etwa darüber hinaus, erfolgt die Füllgut-Schüttung in den oben offenen Schlauchbeutel S bei geschlossenen Siegelbacken 20, 20′. Um eine optimale Verfestigung der erzeugten Siegelnaht zu erzielen, werden die Siegelbacken 20, 20′ bis zum Zeitpunkt t₂, also bis zum Kurvenwinkel α₂ geringfügig geöffnet, so daß zusätzlich zur Kühlung Umgebungsluft hinzutreten kann. Die vollständige Öffnung und Schließung der Siegelbacken 20, 20′ geschieht auf der Winkelgeschwindigkeitsstufe ω₃ während der zweiten Hälfte des Arbeitszyklus T, wobei der Schlauchbeutel S nach einem hinlänglich bekannten Trenn-Vorgang mit einem in einer Siegelbacke integrierten Schneidmesser, als fertige Packung, herabfällt und der nächste Schlauchabschnitt von dem Hüllstoffbahn-Antrieb H herangebracht wird. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist hierbei der Antrieb H ebenfalls in Gang gesetzt und abgebremst, jeweils mit weichen Übergängen, beispielsweise mit sinusförmiger Beschleunigung und Verzögerung.

Die bis zum Zeitpunkt t₃ benötigte Rücklaufzeit ist in erster Linie von der vorgesehenen Packungsgröße abhängig und bestimmt sehr wesentlich die Ausbringleistung der Verpackungsmaschine. Man erkennt, daß der Rücklaufbereich erfindungsgemäß schnell durchfahren wird, wobei infolge der breiten Übergänge an den Steuerkurven 28, 38 (vergleiche Fig. 3 und 4) die dynamischen Beanspruchungen der Schlauchbeutelmaschine gering bleiben. Die sanften Konturen 30, 40 des Kurvenpakets 18 bieten den zusätzlichen Vorteil, daß die Positionierung der Steuerkurven 28, 38 auf der Antriebswelle 16 einen gewissen Spielraum erlaubt. Die notwendigen Einstell-Arbeiten werden dadurch stark erleichtert und beschleunigt.

In Fig. 2 und 3 ist der Zustand dargestellt, in welchem die Kurvenrollen 26, 36 etwa den 300°-Umfangspunkt der Kurven 28, 38 abtasten. Zum entsprechenden Zeitpunkt (t_x in Fig. 5 und 6) ist ein befüllter, unverschlossener Schlauchbeutel S entlang der Packungsachse A (Fig. 2) mit seinem Oberteil noch zwischen den Siegelbacken 20, 20′ gehalten. Gleichzeitig werden die (nicht dargestellten) Hüllstoff-Abzugsbänder sinusförmig verzögert, um den Hüllstofftransport zu beenden, ehe der nächste Arbeitszyklus T beginnt (Fig. 5). Die Steuerkurven führen bereits den Arbeitshub zwischen dem kleinsten Radius R_min und dem größten Radius R_max aus (Fig. 4). Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß die Winkelgeschwindigkeit des Kurvenpakets 18 in Anpassung an den Takt des Hüllstoff-Transportes während jedes Umlaufes veränderlich ist. Der Winkelbereich von 0° bis 360° wird also zeitlich nichtlinear durchlaufen, wie insbesondere Fig. 1 deutlich erkennen läßt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Anzahlen und Formen von Winkelsektoren beschränkt. Die gezeichneten Verläufe eignen sich für die am weitesten verbreitete Flach- oder Kissenform von Schlauchbeuteln. Es ist aber auch möglich zusätzliche Winkelsektoren und/oder Winkelgeschwindigkeitsstufen zu definieren, um andere Verpackungsabläufe und -gestaltungen zu ermöglichen. So kann die Zeitdauer Δ t₁, also die Verweilzeit während der Siegelung, verlängert werden, wenn gleichzeitig z. B. eine Seitenfalt-Einrichtung zum Herstellen standfähiger Klotzboden-Beutel vorgesehen ist. Auch kann man während und/oder nach der Zeitdauer Δ t₂ und vor dem Zeitabschnitt Δ t₃ eine Phase zur Beutelformung zwischenschalten, bzw. Δ t₂ ggf. verlängern, um beispielsweise eine Rechteck-Gestalt des Beutels herbeizuführen, die das direkte vertikale Einfüllen in einen Verpackungskarton ermöglicht.

Die vergleichsweise lange Zeit Δ t₁ ist besonders günstig bei Verwendung dauerbeheizter Siegelbacken 20, 20′ für thermoplastische Kunststoffolien. Die in das Steuergerät C einzugebenden Daten hängen unter anderem von Art und Menge des Packgutes ab, woraus die optimalen Verweilzeiten in den einzelnen Winkelsektoren errechnet und gegebenenfalls verändert werden können. Die Transportzeit für die jeweiligen Hüllstoff-Abschnitte werden möglichst lang gewählt, um die Materialbelastung weitestgehend herabzusetzen. Zweckmäßig wählt man frühesten Anfang uns spätestes Ende des Hüllstoff-Transport so, daß sie dann erfolgen, wenn die kurvengesteuerte Position der Siegelwerkzeuge 20, 20′ den Weitertransport der Packung (bei niedriger Beanspruchung des Hüllstoffs) erlaubt.

Ein wichtiger Vorteil beruht darin, daß die Antriebe H, K verhältnismäßig kurze Einricht-Zeiten bei extrem hoher und reproduzierbarer Positionier-Genauigkeit erlauben. Überdies sind die Steuerkurven 28, 38 leicht typisierbar und relativ anspruchslos in bezug auf eine Vielzahl der verschiedensten Anwendungsparameter.

Bezugszeichenliste

α Winkel
ω Winkelgeschwindigkeit(en)
Δt Zeitabschnitte
T Zykluszeit
t Zeitpunkte
R Radius
A Packungsachse
C Steuergerät/Rechner
H Hüllstoffbahn-Antrieb
K Siegelbacken-Antrieb
S Schlauchbeutel
10 Frontplatte
12, 42 Konsole
14, 44 (Servo-) Antrieb
16 Antriebswelle
18 Kurvenpaket
20, 20′ Siegelbacken
22 Schubstange
23 Führung
24 Buchse
26, 36 Kurvenrolle
28 obere Steuerkurve
30, 40 Kontur
32, 32′ Schubstangenpaar
33 Bügel
34, 34′ Buchsenpaar
38 untere Steuerkurve
46 Antriebskette
50 Eingangsleitungen
52 Steuerleitungen

Claims (3)

1. Antriebsverfahren für Schlauchbeutelmaschinen, bei denen jeweils ein bodenseitig verschlossener Schlauchbeutel, beispielsweise durch ein Füllrohr, mit Packgut be­ schickbar ist und hierzu eine intermittierend bewegte Hüll­ stoffbahn als Schlauch vertikal zwischen quer angeordneten, beheizten Siegelbacken hindurchgeführt wird, deren Öffnen und Schließen kurvengesteuert wird, während die Hüll­ stoffbahn-Bewegung darauf abgestimmt ist, daß die Win­ kelgeschwindigkeiten der Antriebe für die Hüllstoffbahn ei­ nerseits und für die Siegel-, Trenn- und Schweißvorrichtung andererseits unabhängig von einer vorhergehenden bzw. fol­ genden Stufe dem laufendem Arbeitszyklus anpaßbar sind, wo­ bei Phasen niedriger und höherer Winkelgeschwindigkeit vorgesehen sind und wobei die Winkelgeschwindigkeitsphasen bzw. -stufen sanft aneinander anschließen, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Phase (t₁) konstant niedriger Winkelgeschwindigkeit (ω₁) eine kürzere Phase (t₂) mit etwas höherer und im wesentlichen konstanter Winkelgeschwin­ digkeit (ω₂) und hieran eine längere Phase (t₃) mit kon­ stant hoher Winkelgeschwindigkeit (ω₃) anschließt.

2. Antriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verhältnis von kleinster zu größter Winkelgeschwindigkeit (ω_min : ω_max) bei etwa 1 : 4 liegt.

3. Antrieb für Schlauchbeutelmaschinen, bei denen eine Hüllstoffbahn intermittierend bewegt und als Schlauch ver­ tikal zwischen quer dazu wirkenden, beheizten Siegelbacken (20, 20′) hindurchgeführt wird, die sich unterhalb eines Füllrohres befinden, durch das hindurch jeweils ein boden­ seitig verschlossener Schlauchbeutel (S) mit Packgut be­ schickbar ist, mit Zuggestängen (22; 32, 32′), die über Kurvenrollen (26, 36) betätigbar sind, welche die Kontur eines Kurvenpakets (18) mit zwei von einer Antriebswelle (16) gekoppelt bewegten gleichartigen Steuerkurven (28, 38), die um 180° zueinander versetzt auf der Antriebswelle (16) sitzen, abtasten, um die Siegelbacken gegenläufig zu öffnen und zu schließen, wobei jede Steuerkurve (28, 38) einen in etwa herzförmigen Verlauf hat, bei dem sich ein abgeflachter Umfangsteil mit großem Radius (R_max) an einen Umfangsteil mit kleinerem Radius (R_min) anschließt, wodurch die Siegelbacken (20, 20′) in jedem Arbeitszyklus (T) wenigstens zweimal zum Stillstand kommen, wobei die erste Stillstandsposition der Siegelbacken (20, 20′) durch einen Kurvensektor von etwa 60° bestimmt ist und die Sie­ gelbacken (20, 20′) in der zweiten Stillstandsposition ein­ ander mit großem Luftabstand gegenüberstehen, wobei für die Bewegung der Hüllstoffbahn einerseits und der Siegelbacken (20, 20′) andererseits zwei getrennte, rechnergesteuert zu­ sammenwirkende Antriebe (H, K) vorhanden sind, wobei die Winkelgeschwindigkiet (ω) der Steuerkurven (28, 38) für die Siegelbacken (20, 20′) während jedes Umlaufes veränder­ lich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zur Durchführung des Antriebsverfahrens nach einem der Ansprü­ che 1 oder 2 eingerichtet ist.