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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen formatierter Gesamtpacken
enthaltend eine definierte Anzahl aneinanderliegender gleichformatiger
insbesondere von einem Lebensmittelprodukt gebildeter Einzelstücke, wobei
die Einzelstücke,
die ihrerseits von Einzelstapeln gebildet sein können, auf Förderbändern aufliegend entlang von
Förderstrecken
transportiert werden. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung
zur Umsetzung des Verfahrens.
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Die
Erzeugung solcher formatierter Gesamtpacken ist beispielsweise aus
der Schmelzkäseverarbeitung
bekannt. So werden Käsescheiben
für Großabnehmer
unmittelbar in Produktstapeln übereinander
gelegt und insbesondere in mehrere Produktstapel enthaltenden Gesamtpacken
verpackt. Zur Vereinfachung des Herausnehmens einzelner Scheiben
werden diese mitunter etwas versetzt in den Produktstapeln gestapelt,
so dass das Ergreifen erleichtert wird. Ein Nachteil der bekannten
Verfahren liegt in der fehlenden Flexibilität bezüglich der Höhe der Produktstapel, respektive
der die Produktstapel bildenden Einzelstapel, und damit der aus
ihnen zusammengesetzten Gesamtpacken. So ist die Höhe der Einzelstapel,
insbesondere die Anzahl der übereinander
liegenden Scheiben, von der jeweiligen Anlage abhängig und
kann nur mit vergleichsweise großem Aufwand verändert werden.
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Ganz
generell sind in der Lebensmittelverarbeitung die strengen Vorschriften
an die Hygiene einzuhalten. Darüber
hinaus ist die Verarbeitung so durchzuführen, dass es nicht zu Beeinträchtigungen oder
Beschädigungen
des Produktes kommt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein mit technisch einfachen
Mitteln zu realisierendes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung
vorzuschlagen, die es in hygienischer und schonender Bearbeitung
ermöglicht,
Gesamtpacken aneinanderliegender gleichformatiger Einzelstücke, insbesondere
Produktstapel eines in Scheiben vorliegenden Lebensmittels, wie
unverpackte Schmelzkäsescheiben,
in einstellbarem Format in großer
Menge und hoher Geschwindigkeit herzustellen.
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Diese
Aufgaben werden durch das Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruch 1 und durch die Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Besondere
Ausführungsformen
sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.
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Dabei
liegt der Erfindung zunächst
der wesentliche Gedanke zu Grunde, die Einzelstücke, insbesondere die Produktstapel,
nacheinander auf mindestens zwei unterschiedlichen Förderstrecken,
die insbesondere von Förderbändern gebildet
werden, zu befördern.
Dabei hat jede der Förderstrecken
eine besondere Funktionalität
im Hinblick auf die Formatierung der Gesamtpacken. Erfindungsgemäß werden
die Einzelstücke
zunächst
auf einer ersten Förderstrecke
mit jeweiligem Abstand und mit einer Geschwindigkeit vB1 einer
sich mit einer Geschwindigkeit vB2 bewegenden
zweiten Förderstrecke
zugeführt,
die eine Pufferstrecke ausbildet und sich der ersten Förderstrecke
in Transportrichtung unmittelbar anschließt. Am Beginn der zweiten Förderstrecke werden
die Einzelstücke
zu einem Pufferstapel aneinanderliegender Einzelstücke aufgestaut,
wobei der Pufferstapel mit der Geschwindigkeit vB2,
die kleiner als vB1 ist, auf der zweiten
Förderstrecke
befördert wird.
Dabei kann die Geschwindigkeit vB2 so eingestellt
werden, dass der Abstand zwischen den Einzelstücken aufgehoben wird. Besonders
vorteilhaft ist der Einsatz des Verfahrens, wenn die Einzelstücke jeweils
Einzelstapel eines in Scheiben vorliegenden Lebensmittels, insbesondere
unverpackte Schmelzkäsescheiben,
sind.
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Bei
der Übergabe
von einer Transportstrecke zur nächsten
tritt das Problem auf, dass die Einzelstücke in Transportrichtung „vorne” durch
die Auflage auf dem zweiten Förderband
abgebremst werden und dabei „hinten” noch die
höhere Geschwindigkeit des
ersten Förderbandes
haben. Es kommt somit zu einer Stauchung im Material, die, wenn
es sich um ein Lebensmittel, wie insbesondere Käse, handelt, zu einer Beeinträchtigung
des Produktes führt.
Um dieses Problem zu beseitigen ist es ein weiterer wesentlicher
Gesichtspunkt der Erfindung, die zwischen den Förderstrecken befindlichen Übergänge entlang
der Transportrichtung verschieblich zu gestalten. Diese Idee, die
sich bei jeglichen Übergängen von
Förderstrecken
umsetzen lässt,
wo solche Probleme auftreten können,
lässt sich
besonders vorteilhaft umsetzen, wenn die Förderstrecken von Förderbändern gebildet
werden, die am Übergang
durch eine Walze umgelenkt werden. Wenn nun die am Übergang
einander gegenüberstehenden
Umlenkwalze während der Übergabe
beide entgegen der Transportrichtung verschoben werden, so legt
sich das langsamere Förderband
von unten an das Einzelstück
in einer Relativbewegung an die Unterseite an, während das schnellere Förderband
den Kontakt zur Unterseite verliert. Je zügiger das schnellere Förderband
unter dem Einzelstück,
insbesondere dem Produktstapel, heraus gezogen wird, desto schonender
ist die Übergabe.
Durch die Verschiebung der Übergänge ändert sich
die Fördergeschwindigkeit
der Förderstrecken nicht,
so dass keine weiteren Beschleunigungen außer der durch die unterschiedlichen
Bandgeschwindigkeiten verursachten Geschwindigkeitsänderung auftreten.
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Wenn
ein Einzelstück
an den Übergang
heranläuft,
verschiebt sich der Übergang
entgegen der Transportrichtung, so dass das Einzelstück vollständig auf
dem nachfolgenden Förderband
aufgenommen wird. Nachdem das Einzelstück den Übergang passiert hat, verschiebt
sich der Übergang
mit der Geschwindigkeit vB2 in Transportrichtung,
so dass der Abstand zwischen dem Einzelstück und dem Übergang konstant bleibt. Ein
auf der ersten Förderstrecke
mit der Geschwindigkeit vB1 transportiertes
nachfolgendes Einzelstück
nähert
sich mit einer Relativgeschwindigkeit vR =
vB1 – vB2 dem verschieblichen Übergang und damit auch dem
vorangegangenen Einzelstück.
Mit Erreichen des verschieblichen Übergangs beginnt ein neuer Übergabezyklus,
wobei sich das nachfolgende Einzelstück an das vorangegangene Einzelstück anlegt.
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Am
Ende der zweiten Förderstrecke
werden die Gesamtpacken in einstellbarer Länge vom Pufferstapel abgelöst. Dabei
geschieht das Ablösen
vermittels einer dritten abführenden
Förderstrecke,
deren Geschwindigkeit vB4 während des
Ablösens
größer als
vB2 ist. Vorteilhafterweise sollte die Geschwindigkeit
vB4 während
der Übergabe
des definierten Gesamtpackens gleich der Geschwindigkeit vB2 sein, um Stauchungen im Material zu verhindern.
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Der Übergang
zu dieser dritten Förderstrecke
sollte erfindungsgemäß verschieblich
gestaltet werden. In diesem Fall kann das die dritte Förderstrecke
bildende Förderband
mit einer Bewegung unter den Pufferstapel verlängert werden, bis der Pufferstapel über die
Länge des
definierten Gesamtpackens vollständig
auf der dritten Förderstrecke
aufliegt. Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit der Verschiebung
des Übergangs
möglichst
hoch, um die Trennung der einzelnen aneinander liegenden Einzelstücke zu verhindern
und die Streckung im Produkt so klein wie möglich zu halten. Je nachdem,
bis wohin der Übergang
verschoben wird, kann somit ein Gesamtpacken beliebig definierter
Länge auf
schonende Art vom Pufferstapel abgelöst werden.
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Sobald
der Übergang
das Ende des Gesamtpackens definierter Länge erreicht hat, also der
Gesamtpacken definierter Länge
auf der dritten Förderstrecke
aufliegt, wird der Ablösevorgang
durch eine Erhöhung
der Geschwindigkeit vB4 der dritten Förderstrecke
ausgelöst,
wodurch sich der definierte Gesamtpacken vom Pufferstapel löst. Gleichzeitig
verschiebt sich der Übergang
mit einer Geschwindigkeit, die innerhalb des Differenzbereichs von
vB4 und vB2 während des
Ablösevorgangs
liegt, wieder zurück
in Transportrichtung, vorzugsweise zurück in eine Ausgangsposition,
worauf ein neuer Ablösezyklus
beginnen kann.
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Falls
die Einzelstücke
aus Einzelstapeln gebildet sein sollen, kann deren Stapelung mittels
zweier vorgeschalteter Stapelräder
geschehen, wobei das erste Stapelrad in einem kontinuierlichen Prozess
die Einzelstapel aufrichtet, während
das zweite taktweise angesteuert wird. Diese Art der Stapelung ist
an sich von der weiteren Verarbeitung unabhängig. Vorteilhafterweise sind
der Stapelung jedoch die erfindungsgemäßen Förderstrecken nachgeschaltet, wobei
der erste verschiebliche Übergang
zwischen der ersten und der zweiten Förderstrecke der Pufferbildung
dient, während
der zweite verschiebliche Übergang
die Gesamtpackenbildung bewirkt.
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Die
Funktion der Transportbänder
ermöglicht ein
takt- und raportgenaues Zuführen
der definierten Gesamtpacken in eine nachgeschaltete Verpackungsmaschine.
Damit ist die Stapelung äußerst druck-
u. reibungsempfindlicher Gegenstände
mit anschließender
Gesamtpackenbildung (Gruppierung) möglich. Mit der Erfindung sind
hohe Taktraten möglich.
Weitere Vorteile liegen in der variablen Formatbildung, der Pufferfunktion
und der Verarbeitbarkeit von Einzelstapeln mit variierenden Abmessungen ohne
dass mechanische Umbauten an der Anlage nötig wären. Zudem ergibt sich eine
nur minimale Relativbewegung zwischen dem transportieren Gegenstand
und den Transportbändern,
so dass im Fall von Käsescheiben
der Abrieb reduziert und die Hygiene verbessert wird.
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Besonders
vorteilhaft werden vier Förderbänder mit
jeweils längenverstellbarer
Förderstrecke eingesetzt.
Die Anlage zur Mehrfachstapelbildung besitzt in diesem Fall vier
in Reihe angeordnete Förderbänder B1–B4, wobei
jeweils die Umlenkwalze eines Förderband-Endes
mit der Umlenkwalze des folgenden Förderbandanfangs bezüglich der
Bandlänge
fest oder verschieblich gekoppelt ist. Die einander gegenüberstehenden
verschieblichen Umlenkwalzen der verschiedenen Förderstrecken bleiben somit in
ihrer relative Position zueinander stets unverändert. Das Ende des Bands der
ersten Förderstrecke ist
verschieblich gekoppelt mit dem Anfang des einen Teil der zweiten
Förderstrecke
bildenden zweiten Bands. Das Ende des den anderen Teil der zweiten Förderstrecke
bildenden dritten Bands ist gekoppelt mit dem Anfang des die dritten
Förderstrecke
bildenden vierten Bands. Die zu den gekoppelten Enden der jeweiligen
Bänder
entgegengesetzten Enden sind vorteilhafterweise nicht verstellbar.
Jedes Förderband
ist somit nur an einem Ende längenverstellbar,
was eine insgesamt einfachere Steuerung ermöglicht. Zudem wird der Antrieb
der Förderbänder wesentlich
erleichtert, da die Kraftübertragung über, insbesondere
mehrere, fixe Umlenkwalzen erfolgen kann.
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An
den Übergangsstellen
der längenverstellbaren
Förderbänder sowie
am Anfang und am Ende der Anlage sind Fühlorgane in Form von Sensoren angeordnet.
Diese ermöglichen
die Überwachung der
tatsächlich
geförderten
Anzahl von Gegenständen.
Somit ist stets eine korrekte Gruppierung mit minimaler Relativbewegung
zwischen Förderband
und Gegenstand gewährleistet,
selbst dann, wenn auf den Förderbändern vor
der Pufferbildung Gegenstände
entnommen oder hinzugefügt
werden.
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Die
Vorrichtung ist in der Lage, für
eine gewisse Zeitspanne permanent Einzelstücke auf Band B2 und B3 aufzunehmen,
ohne welche über
Band B4 abzugeben. Dies kann dann erforderlich sein, wenn von der
nachgeschalteten Station auf Grund von Störungen keine Gegenstände übernommen
werden können
und gleichzeitig durch die vorgeschaltete Station weiterhin Gegenstände der
Anlage zugeführt werden.
In diesem Fall übernehmen
die Bänder
B2 und B3 eine Pufferfunktion.
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Die
erfindungsgemäße Stapelvorrichtung wird
vorteilhafterweise zur Stapelung und Formatbildung von unverpackten
Schmelzkäsescheiben
verwendet. Offene Einzelstapel werden über ein Transportband mit bestimmter
Geschwindigkeit und Taktrate der Stapelvorrichtung zugeführt. Im
ersten Teil der Anlage werden aus den Einzelstapeln Produktstapel
gebildet. Anschließend
erfolgt die Anordnung der Produktstapel zu Gesamtpacken, die positionsgenau
an eine Verpackungsmaschine übergeben werden
können.
Die Stapelvorrichtung ist so gestaltet, dass sowohl die Höhe der Mehrfachstapel
als auch die Formatgröße per Eingabe
an einem Bedienfeld und ohne Umbauten vorgegeben werden können. Die
gesamte Bedienung kann von nur einem Bedienpanel erfolgen. Alle
Störungen
und/oder Meldungen können
an dem Panel zur Anzeige gebracht werden.
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Bei
der Stapelung werden statt der bisherigen Stapelkreuze nunmehr Stapelräder verwendet, die
mehrere Stapel gleichzeitig bewegen können, was eine erhöhte Taktrate
ermöglicht.
Vorteilhafterweise messen Sensoren Geschwindigkeit und Abstand der
zugeführten
Einzelstapel, so dass die Geschwindigkeit der Stapelung der Frequenz
der den Stapler erreichenden Einzelstapel anpassbar ist. Besonders
bevorzugt ist eine Anordnung von zwei in Reihe geschalteten Stapelräder, bei
der die zugeführten
Einzelstapel von der mindestens eines in Transportrichtung vorderen
Stapelrads aufgerichtet, insbesondere um 90° gedreht, und darauf folgend
einer der mindestens eines hinteren Stapelrads zugeordnete Anlagenfläche zugeführt wird.
Liegt eine gewünschte
Anzahl Einzelstapel an der Anlagefläche an, wird das nun gebildete
Einzelstück
definierter Größe von dem
mindestens einen hinteren Stapelrad erneut, insbesondere um 90°, gedreht
und der ersten Förderstrecke
des Moduls zur Gesamtpackenbildung zugeführt.
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Das
Stapelmodul ist grundsätzlich
dazu geeignet, mit hoher Geschwindigkeit aus einer beliebigen Anzahl
von Einzelteilen zusammengesetzte Einzelstücke zu bilden. Seine Verwendung
ist somit nicht nur auf diese Erfindung begrenzt, sonder kann auch losgelöst von der
erfindungsgemäßen Gesamtpackenbildung
zur Anwendung kommen.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der 1 bis 4 näher erläutert. Es
zeigen:
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1:
eine Stapelvorrichtung,
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2:
eine Detailansicht des Stapelmoduls,
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3:
das Modul zur Gesamtpackenbildung und
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4:
zwei parallele Stapelvorrichtungen.
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In 1 ist
eine komplette Stapelvorrichtung mit einem Modul 1 zur
Stapelbildung und einem Modul 2 zur Gesamtpackenbildung
gezeigt. Zu Beginn steht eine Ausrichtstation mit Abstandskontrolle 3, die
liegende Einzelstapel 4 ausscheidet. In Transportrichtung
(Pfeil A) folgt das Aufrichten der Einzelstapel 4 in einem
ersten Stapelrad 5, die in einen ersten Puffer 6 stehend
stapelt. Dieser bietet eine Seitenführung während der Mehrfachstapelung
zum Produktstapel. Auf einem Band werden die stehenden aneinandergereihten
Einzelstapel 4 einem Ausheber 7 zugeführt und
einem zweiten Stapelrad 8 übergeben, welches sie auf ein
Transportband 9 des Stapelmoduls 1 legt. Ein erstes
Transportband B1 des Moduls 2 transportiert die ab hier
mit Einzelstück 10 bezeichneten
Produktstapel voneinander getrennt zu einem zweiten B2 und dritten
B3 Transportband zur Pufferung 11 und dann zu einem vierten
Transportband B4 zur Gesamtpackenbildung 12. Im gezeigten
Fall entsteht ein Gesamtpacken 13 mit vier Produktstapeln („Einzelstücken”) 10.
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In 2 ist
eine Detailansicht des Stapelmoduls gezeigt, das in Transportrichtung
(Pfeil A) mit einer Geschwindigkeit vB beschickt
wird. Diese hat einen ersten Positionssensor P1, der vor dem Stapelrad 5 zum
Aufrichten der Einzelstapel 4 angeordnet ist. Das Stapelrad 5 läuft mit
konstanter Drehzahl n1. In der Detailansicht
sind weitere Notationen enthalten. In Förderrichtung hinter dem Stapelrad 5 ist
der pneumatisch betätigte
Ausheber 14 zum Abheben der Einzelstapel 4 vom
Transportband 9 während
der Produktstapelbildung 15 gezeigt. Das die Produktstapel
umdrehende Stapelrad 8 hat eine intermittierende Drehzahl
n2. Mit einer Drehbewegung nimmt es die
in diesem Fall aus drei Einzelstapeln 4 bestehenden Produktstapel
an eine Anlagefläche 16 auf.
Im weiteren Verlauf der Drehbewegung legt es die Produktstapel zurück auf das
Band 9 zum Weitertransport als Einzelstücke 10.
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Der
Begriff „Stapelrad” im Sinne
dieser Anmeldung umschreibt insbesondere zwei das Transportband
jeweils seitlich begrenzende parallel ausgerichtete und synchron
laufende gleichgeformte Räder,
die im Prinzip zahnradförmig
ausgebildet sind und über
entsprechend ausgebildete Anlage- und Auflageflächen für die Einzelstapel 4 bzw.
Mehrfachstapel verfügen.
Im Zuge der Drehbewegung wird die jeweilige Anlagefläche zur
Auflagefläche.
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In 3 ist
das Modul 2 zur Gesamtpackenbildung mit später beschriebenen
Notationen und vier Transportbändern
B1–64
gezeigt. Gerade noch zu erkennen ist das Ende des Bandes 9 (2),
auf dem ein Einzelstück 10 zugeführt wird.
Ein Positionssensor P3 überwacht
den Eintritt auf ein erstes Band B1 mit fester Umlenkwalze 17.
Ein wesentliches Merkmal ist der erste verschiebliche Übergang 18 in Form
eines ersten elektromechanisch verschieblichen Verstellschlittens
für eine
Positionierung der Umlenkwalze 19 von Band B1 und der Umlenkwalze 20 von
Band B2. Zudem trägt
der Verstellschlitten 18 einen Positionssensor P4. Die
Transportbänder
B1 und B2 haben damit eine verstellbare Förderlänge und eine unterschiedliche
Geschwindigkeit für
die Bildung eines Pufferstapels 21 aus aneinandergereihten
Einzelstücken 10.
Ein unbetätigter
Verstellschlitten 22 ist als Spannvorrichtung für die Bänder B1
und B2 vorgesehen.
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Eine
fixe Position 23 befindet sich am Ende von Band B2 und
am Anfang von Band B3. Zudem ist ein den zweiten verschieblichen Übergang 24 bildender
zweiter elektromechanisch verschieblicher Verstellschlitten 24 für eine Positionierung
der Umlenkwalze 25 von Band B2 und der Umlenkwalze 26 von Band
B3 vorgesehen. Dieser trägt
auch den Positionssensor P5. Auch hier ist ein unbetätigter Verstellschlitten 27 als
Spannvorrichtung für
die Bänder
B3 und B4 vorgesehen. Die Endrolle 28 von Band B4 ist fix.
Das Ende der dritten Förderstrecke überwacht
ein Positionssensor P6. Auf dem Band B4 befindet sich vor einem
Positionssensor P6 ein vom Pufferstapel 21 abgetrennter
definierter Gesamtpacken 13 mit einer Anzahl von vier aneinandergereihten
Einzelstücken 10.
Um eine exakte Bestimmung der Position der Einzelstücke 10,
des Pufferstapels 21 und des Gesamtpackens 13 zu
erleichtern, sind die Positionssensoren vorzugsweise mittig, also
genau zwischen den beiden verschieblichen Umlenkwalzen, auf den Übergängen der
einzelnen Förderstrecken
positioniert.
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Nachfolgend
wird die Funktion des Stapelmoduls 1 beispielhaft beschrieben:
Vor
Beginn einer Erstbeschickung mit Einzelstapeln 4 ist das
Stapelmodul 1 vorzugsweise in einer Ausgangsstellung, in
der die Bandgeschwindigkeit vBS des ihn
durchlaufenden Transportbands 9 mit der Bandgeschwindigkeit
vB der die Einzelstapel 4 anliefernden
Transportstrecke übereinstimmt,
so dass eine Stauchung der Einzelstapel 4 im Übergang
von der Transportstrecke zu Transportband 9 vermieden werden
kann. Das Stapelrad 5 befindet sich in einer Ruheposition,
von der ein Ausgangswinkel δ bekannt ist.
Die dem zweiten Stapelrad 8 zugeordnete Anlagefläche 16 ist
aufrecht zu dem Transportband 9 ausgerichtet, während der
Ausheber 14 in seiner unteren Position ist.
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Als
Parameter können
die Dicke der Einzelstapel und Anzahl der Einzelstapel pro Einzelstück eingestellt
werden. Die Einstellungen des Stapelmoduls 1 wie auch des
Gesamtpacken bildenden Moduls 2 werden über eine vorzugsweise gemeinsame zentrale
Steuerung eingestellt und ausgelesen.
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Für die Funktion
des Aufrichtens der Einzelstapel 4 ist es wesentlich, dass
der einlaufende Einzelstapel 4 eine Anlagefläche des
Stapelrads 5, hier eine Anschlagkante, in dem Moment erreicht,
wenn er durch eine Auflagefläche
des Stapelrads 5, hier in Form einer Auflagekante ausgehoben
wird. Beim Ausheben besitzt das Stapelrad 5 seine Nenndrehzahl
n1.
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Danach
beginnt die Synchronisierung der Drehzahl des Stapelrads 5 abhängig von
Ausgangswinkel δ,
der Bandgeschwindigkeit vBS und einem bestimmten
Abstand ds1 für den nächsten einlaufenden Einzelstapel 4.
Der Abstand ds1 wird über den Positionssensor P1
bestimmt. Ein Nennabstand für
den Abstand ds1 ist per Offseteingabe veränderbar,
um die Einzelstapel 4 entsprechend früher oder später ankommen zu lassen.
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Da
der Ausgangswinkel δ und
die Bandgeschwindigkeit vBS während der
kontinuierlichen Produktion konstant sind, hängt die Synchronisierung vom
Zeitpunkt ab, an dem der einlaufende Einzelstapel 4 den
mit ds1 beabstandeten Positionssensor P1 erreicht.
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Durch
den Positionssensor P1 wird die Lage des einlaufenden Einzelstapels 4 erkannt.
Daraus ergibt sich der Abstand des Einzelstapel 4 zum Zeitpunkt
des Synchronisationsbeginn. Entspricht der Abstand dem Nennabstand
läuft das
Stapelrad 5 konstant weiter, ein geringerer oder größerer Abstand
wird durch Beschleunigung oder Verzögerung der Drehzahl des Stapelrads 5 ausgeglichen.
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Nach
Abschluss der Synchronisierung wird der erste Einzelstapel 4 aufgenommen
und der Stapelprozess wird mit konstanter Drehzahl n1 an
dem Stapelrad 5 zum kontinuierlichen Aufrichten der Einzelstapel 4 während der
Produktion fortgeführt.
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Sobald
ein erster aufgerichteter Einzelstapel 4 einen nicht gezeigten
Positionssensor P2 erreicht erfolgt die Ermittlung der Zeit bis
der Einzelstapel 4 die dem Stapelrad 8 zugeordnete
Anlagefläche 16 erreicht.
Bestimmende Parameter sind hier die Bandgeschwindigkeit vBS und der durch den zweiten Positionssensor
P2 bestimmte Abstand ds2.
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Vorteilhafterweise
wird zu diesem Zeitpunkt erneut sichergestellt, dass die Anlagefläche des
Stapelrads 2 senkrecht zum Transportband 9 steht.
Falls dies nicht der Fall ist, muss entsprechend korrigiert werden.
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Nach
Ablauf der vorher ermittelten Zeit hat der erste Einzelstapel 4 die
Anlagefläche 16 des
Stapelrads 8 erreicht. Jetzt wird der erste Einzelstapel 4 mittels
des Aushebers 14 ausgehoben und gehalten. Hierdurch wird
eine Beeinträchtigung
des Einzelstapels 4 durch das ansonsten schleifend unter
ihm durchlaufende Transportband 9 verhindert. Sobald ein
zweiter aufgerichteter Einzelstapel 4 den Positionssensor
P2 erreicht, erfolgt die Ermittlung der Zeit bis dieser Einzelstapel 4 am
ersten Einzelstapel 4 zum Anliegen kommt. Der Abstand ds2 ist dabei um die Dicke der bereits anliegenden
Einzelstapel 4 reduziert.
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Kurz
bevor der zweite Einzelstapel 4 auf den Ausheber 14 trifft,
wird dieser nach unten bewegt, um auch den zweiten Einzelstapel 4 aufnehmen
und anheben zu können.
Nach Ablauf der zuvor ermittelten Zeit wird der Ausheber wieder
angehoben. Dieser Vorgang wiederholt sich solange bis der vorletzte Einzelstapel 4 vom
Ausheber 14 angehoben worden ist.
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Sobald
der letzte Einzelstapel 4 eines Mehrfachstapels am vorletzten
Einzelstapel 4 zum Anliegen kommt, wird das bisher ruhende
Stapelrad 8 um 45° gedreht.
Hierbei ist die Drehzahl n2 des Stapelrads 8 so
langsam wie möglich
zu wählen,
um ein Verrutschen des Mehrfachstapels auf dem Stapelrad zu verhindern.
Jedoch ist zu beachten, dass der nächstankommende Einzelstapel 4 nicht
mit dem Stapelrad 8 kollidiert. Dieser Vorgang wird für jede weitere
Mehrfachstapelbildung 15 wiederholt.
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Spätestens
nach dem Schwenken des zweiten Mehrfachstapels wird bei jedem weiteren
Drehen des Stapelrads 8 um 45° ein fertig gebildeter Mehrfachstapel
auf das Transportband 9 abgelegt. Die auf dem Transportband 9 weitergeförderten
Mehrfachstapel sind die Einzelstücke 10,
aus denen im weiteren Verfahren die definierten Gesamtpacken 13 gebildet
werden.
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Das
Stapelrad 8 muss um 45° gedreht
sein, bevor der nächste
ankommende Einzelstapel 4 den Weg ds2 zurücklegt hat.
Abhängig
von den unterschiedlichen Stapelabmessungen ist zu prüfen, ob und
wie lange anfangs das Stapelrad 8 schneller als mit der
durchschnittlichen Drehzahl n2durch gedreht werden
muss, um eine Kollision mit dem nächsten ankommenden Einzelstapel 4 zu
verhindern.
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Im
weiteren wir die Funktion des Moduls 2 für die Gesamtpackenbildung
beispielhaft erläutert:
Das
Band B1 dient der Übernahme
des Einzelstücks 10 von
der vorgelagerten Stapelung 1 und ihrer Anordnung in einem
bestimmten Abstand. Hierfür
sind einige Zusammenhänge
wesentlich. Je geringer der Abstand der aufeinanderfolgenden Einzelstücke 10 ist,
desto niedriger sind sämtliche
Geschwindigkeiten der Gesamtpackenbildung und desto mehr Einzelstücke 10 passen
auf das Band B1 bzw. desto kürzer kann
das Band B1 gestaltet werden. Dies bezieht sich sowohl auf die Band-
als auch auf die Längenverstellgeschwindigkeit.
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Zu
Beginn der Gesamtpackenbildung müssen
folgende Parameter bekannt sein bzw. eingestellt werden: die Länge lS der Einzelstücke 10, der Soll-Abstand
aB1 der Einzelstücke 10 auf Band B1 und
die Taktrate fMS1 der ankommenden Einzelstücke 10.
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Die
Bandlänge
lB1 wird abhängig von der vordefinierten
Bandlänge
lB2 eingestellt, die später erläutert wird. Die Bandlänge im Sinne
dieser Anmeldung ist die variable Länge der Förderstrecke, auf der ein Einzelstück 10 auf
dem jeweiligen Band transportiert wird,
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Zulauf (Band B1)
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Mittels
der bekannten Parameter lS, aB1 und fMS1 kann die Geschwindigkeit vB1 berechnet
und eingestellt werden. Für
die abstandsgenaue Übernahme der
Einzelstücke 10 auf
das Band B1 sind keine weiteren Vorkehrungen zu treffen. Bei konstanter
Taktrate fMS1 bleibt auch vB1 konstant
und ist geringer als vBS. Anhand der an
dem Positionssensor P3 registrierten Einzelstücke 10 kann zu jeder
Zeit die Taktrate fMS1 ermittelt und somit
vB1 angepasst werden. Die Transport-Funktion
des Bands B1 selbst erfordert an sich keine Bandlängenverstellung,
jedoch die Aneinanderreihung der Einzelstücke 10 durch das Verändern der
Förderstrecken.
Auf Grund der mechanischen Kopplung des Endes von Band B1 mit dem
Anfang von Band B2 wird lB1 stets um den
gleichen Betrag verstellt wie lB2. Die Summe
der Bandlängen
lB1 und lB2 bleibt
somit konstant.
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Pufferung (Band B2)
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Auf
dem Band B2 werden die von dem Band B1 übergebenen Einzelstücke 10 zu
einem Pufferstapel 21 ohne Zwischenabstand angeordnet.
Aus diesem Pufferstapel 21 wird anschließen ein
definierter Gesamtpacken 13 abgetrennt. Durch das Bilden
eines Pufferstapels 21 können insbesondere kurzzeitige
Schwankungen oder Störungen
in einem der vorgelagerten Maschinensegmente oder in der nachgelagerten
Verpackungsmaschine ausgeglichen werden.
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Vor
dem Beginn der Gesamtpackenbildung 12 muss die Länge lS der Einzelstücke 10, sowie die Taktrate
fMS4 der auf Band B4 an die Verpackungsmaschine
abzugebenden Einzelstücke 10 zur
Bestimmung von vB2 bekannt sein bzw. eingestellt
werden. Im Normalfall gilt dabei: fMS =
fMS1 = fMS2. Die
gemeinsame Förderstreckenlänge der
Bänder
B2 und B3 wird auf einen bestimmten Wert eingestellt, insbesondere
auf eine bestimmte Anzahl von Einzelstücken 10 auf den Bändern B2
und B3 oder den anteiligen Wert der Gesamtlänge von Band B1 und den Bändern B2
und B3. Weitere Parameter können
insbesondere ein Abstand xB2 von Anfang
des Pufferstapels 21 zum Positionssensor P4, die Geschwindigkeit
vlB1/2 des Verstellschlittens 18 in
Richtung des Bands B1 beim ”Abholen” der Einzelstücke 10 für die Pufferung
und die Bandgeschwindigkeit vB2 sein, wobei
vB2 kleiner als vB1 ist.
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Mittels
der bekannten Parameter lS und fMS4 wird die Geschwindigkeit vB2 berechnet
und eingestellt. Sobald ein Einzelstück 10 den Positionssensor 4 erreicht,
wird die Förderstrecke
des Bands B2 mit vlB1/2 in Richtung des
Bands B1 solange verlängert, bis
das Ende des Einzelstücks 10 den
Positionssensor P4 um die Strecke xB2 passiert
hat. Danach wird die Bandlängenverstellung
synchron zur Bandgeschwindigkeit vB2 in
Richtung Band B2 aktiviert. In diesem Verfahrenschritt ist vlB1/2 gleich vB2.
Folglich bleibt der Abstand xB2 trotz Bewegung
des Bandes B2 mit vB2 konstant. Der Abstand
xB2 gewährleistet das
vollständige
Aufliegen der Oberfläche
des Einzelstücks 10 auf
dem zweiten Band B2, bevor die synchrone Bandlängenverstellung erfolgt. Er
entspricht vorzugsweise dem Radius der Umlenkwalze 20.
Erst sobald das nächste
auf dem Band B1 transportierte Einzelstück 10 den Positionssensor
P4 erreicht, wird die zu vB2 synchrone Bewegung
der Bandlängenverstellung
gestoppt. Es erfolgt unmittelbar wieder eine Bewegung der Bandlängenverstellung
in Richtung Band B1 mit vlB1/2, solange
bis das Ende auch dieses Einzelstücks 10 den Positionssensor
P4 um die Strecke xB2 passiert hat. Hierdurch
reihen sich die Einzelstücke 10 lückenlos
hintereinander auf und bilden den Pufferstapel 21. Darauf
folgend wird die Bandlängenverstellung
wieder synchron zur Bandgeschwindigkeit vB2 in
Richtung Band B2 aktiviert, die Geschwindigkeiten vlB1/2 und
vB2 sind wieder gleich.
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Für den Fall
dass die Frequenzen fMS1 und fMS4 gleich
sind, schwankt die Bandlänge
lB2 maximal um die Stapellänge lS und der mittels des Pufferstapels 21 gebildete
Puffer bleibt insgesamt konstant (= Normalfall). Falls fMS1 fMS4 übersteigt,
wird die Förderstreckenlänge lB2 und lB3 schrittweise
größer und
der Puffer wird gefüllt
(z. B. bei einer Störungen
in der Verpackungsmaschine) Falls Frequenz fMS1 geringer als
fMS4 ist, wird die Förderstreckenlänge lB2 und lB3 schrittweise
kleiner und der Puffer wird geleert (z. B. bei einer Störungen vor
dem Band B1).
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Die
Geschwindigkeit der Bandlängenverstellung
vlB1/2 in Richtung des Bands B1 ist eine
frei voreinzustellende Größe. Mit
diesem Wert kann ein Schlupf zwischen dem Band B1 und dem Einzelstück 10 beim
Auftreffen auf das vorige Einzelstück 10 beeinflusst
werden. Je größer vlB1/2 ist, desto geringer ist der Schlupf
und die Einzelstücke
werden nur entsprechend wenig zusammengedrückt. Je kleiner vlB1/2 desto
höher der
Schlupf und die Einzelstücke
werden desto stärker
zusammengedrückt.
Falls vlB1/2 > vlB1/2max entstehen
bei der Pufferbildung Lücken
zwischen den Einzelstapeln 10.
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Die
während
der Übergabe
eines Einzelstücks 10 bestehende
Geschwindigkeitsdifferenz zwischen vB1 des
ersten Bands B1 und vlB1/2 des Verstellschlittens 18 dient
insbesondere der Verhinderung einer Beeinträchtigung der Oberfläche des
Einzelstücks.
Die Geschwindigkeitsdifferenz ist vorzugsweise so zu wählen, dass
das Anhaften des Einzelstücks 10 an
dem Band B1 durch die Trägheit
des Einzelstücks 10 beim
Passieren der Umlenkwalze 19 überwunden wird.
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Gesamtpackenbildung (Band B3) und Übergabe
der Gesamtpacken (Band B4)
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Die
Gesamtpackenbildung 12 mit angeschlossener Übergabe
erfordern ein enges Zusammenspiel des Bands B3 und des Bands B4.
Das Band B3 übernimmt
die Einzelstücke 10 wie
sie von Band B2 ankommen, so dass der Pufferstapel 21 unverändert bestehen
bleibt. Mittels unterschiedlicher Bandgeschwindigkeiten vB3 und vB4 der Bänder B3 und
B4 inkl. der Förderlängenverstellung
zwischen beiden Bändern
werden die Gesamtpackens 13 gebildet. Die Geschwindigkeiten
der Bänder
B2 und B3 sind dabei während
der Übergabe
des definierten Gesamtpackens 13 gleich, um ein Auftrennen
oder Stauchen des Pufferstapels 21 zu verhindern.
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Vor
Beginn der Gesamtpackenbildung 12 wird die Förderstreckenlänge lB3 auf den Ausgangswert lB3(0) so
eingestellt, dass der mögliche
Verfahrweg ΔlB3/4 in Richtung des Bands B3 etwas mehr
als die Länge
lF des definierten Gesamtpackens 13 beträgt. Das
Band B4 läuft
mit einer Bandgeschwindigkeit vB4 gleich
vB3. Die gilt nur für den Fall, wenn kein Gesamtpacken 13 auf
dem Band B4 aufliegt, ansonsten hat vB4 den
Wert null.
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Folgende
Parameter müssen
bekannt sein bzw. eingestellt werden: Die Länge lS der
Einzelstücke 10,
die Gesamtpackenlänge
lF, errechnet aus Anzahl der Einzelstücke 10 pro
Gesamtpacken 13 und die Bandgeschwindigkeit vB3 =
vB2. Wie oben geschildert, sollte während der
Gesamtpackenbildung vB4 und vB3 gleich
sein.
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Die
Bandlänge
lB3 bleibt solange unverändert auf lB3(0) bis
das erste Einzelstück 10 den
Positionssensor P5 erreicht. Spätestens
zu diesem Zeitpunkt muss ein evtl. auf dem Band B4 vorhandener Gesamtpacken 13 an
die nachfolgende Verpackungsmaschine abgegeben sein und die Bandgeschwindigkeit
vB4, sollte wieder vB3 und
vB2 entsprechen.
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Sobald
das erste Einzelstück 10 den
Positionssensor P5 erreicht, wird das Band B3 schnellstmöglich mit
vlB3/5 in Richtung des Bands B3 verlängert, bis
rein rechnerisch das Ende des definierten Gesamtpackens 13 den
Positionssensor P5 erreicht hat, also der Übergang 24 sich genau
auf der Trennstelle zwischen definiertem Gesamtpacken 13 und restlichen
Pufferstapel 21 befindet. Hierfür gelten die gleichen Grundsätze wie
oben zur Geschwindigkeit vlB1/2 dargelegt.
Danach wird unmittelbar das Band B4 auf eine Geschwindigkeit vB4 beschleunigt, die vB3 wesentlich übertrifft.
Die Bandlängenverstellung
wird mit vB4 ≥ vlB3/4 ≥ vB3 in Richtung des Bands B4 aktiviert, bis
lB3 wieder den eingestellten Ausgangswert
lB3(0) erreicht hat. Die Geschwindigkeit
vB3 entspricht dabei permanent vB2.
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Dadurch
wird der definierte Gesamtpacken 13 vom restlichen Pufferstapel 21 getrennt
und kann unabhängig
von dem Band B3 auf dem Band B4 bewegt werden. Aufgrund der zurücklaufenden
Bandlängenverstellung
bildet sich ein Abstand zwischen einem in Transportrichtung A vorderen
Ende 29 des Pufferstapels 21 und dem Positionssensor
P5. Sobald der definierte Gesamtpacken 13 den Positionssensor
P6 erreicht wird das Band B4 gestoppt. Erst wenn die nachgeschalteten
Verpackungsmaschine zur Übernahme
des Gesamtpackens 13 bereit ist, wird der definierte Gesamtpacken 13 übergeben. Hierbei
sollte vB4 der Transportgeschwindigkeit
der Verpackungsmaschine entsprechen, um eine Stauchung oder Streckung
der Oberfläche
des Gesamtpackens 13 bei der Übergabe zu verhindern.
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Diese Übergabe
muss spätestens
dann abgeschlossen sein, wenn der Pufferstapel 21 wieder den
Positionssensor P5 erreicht hat. Falls der definierte Gesamtpacken 13 zu
diesem Zeitpunkt noch nicht übergeben
ist, müssen
die Bänder
B3 und B2 gestoppt und der Puffer vergrößert werden.
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Je
höher die
Geschwindigkeiten vlB3/4 und vB4 gewählt werden,
desto mehr Zeit bleibt anschließend für die takt-
und raportgenaue Übergabe
der definierten Gesamtpacken 13 an die Verpackungsmaschine.
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Ein
weiterer besonderer Erfindungsgedanke liegt darin, zwei solcher
Stapler parallel nebeneinander anzuordnen. Ein solche parallele
Führung
ist in 4 gezeigt. Mit einer solchen Vorrichtung lassen sich
aus festen Produktbreiten im Prinzip beliebige Produktstapel produzieren,
wenn die parallelen Stapler unterschiedlich bestückt und gesteuert werden. Zum
Schluss werden die Stapel zum entgültigen Produkt zusammen geführt. So
ist eine große
Variabilität bezüglich der
Höhe der
Produktstapel gegeben.