DE102009044120A1 - Heißsiegeleinheit und Verfahren zur Steuerung einer Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine - Google Patents

Heißsiegeleinheit und Verfahren zur Steuerung einer Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine Download PDF

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Thomas Dipl.-Ing. Axthelm
Reinhard Dipl.-Ing. Strauch
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine. Aufgabe ist es eine Heißsiegeleinheit und ein Steuerungsverfahren für eine Flachbeutelmaschine zu schaffen, welche dichte Verpackung ermöglicht, vielseitig einsetzbar ist, kurze Siegelzeiten, kurze Umrüstzeiten und hohe Schließkräfte ermöglicht. Erfindungsgemäß ist der Heißsiegelkopf 11 an einem Maschinengestell 2 angeordnet und mit einer notwendigen Schließeinrichtung und einer Schutzeinrichtung versehen. Zum Öffnen und Schließen und zur Erzeugung der Presskraft sind zwei am Maschinengestell 2 angeordnete Servomotore 1 direkt über je einen zwischen geschalteten Schubkurbelexzenter 3 so befestigt, dass sie die beiden Heißsiegelbalken 6, die in einem Schubschlitten 5 des Heißsiegelkopfes 11 geführt sind und unabhängig voneinander antreiben. Die Schließeinrichtung ist als Verriegelungseinheit 8 zur Verriegelung der gesamten Heißsiegeleinheit gleichzeitig als selbsttragende Schutzeinheit 10, d.h. als ein einziges Bauteil in der Art eines geschlossenen Kraftbügels 9 ausgebildet. Beim Steuerungsverfahren werden die Ansteuerwerte der Servomotoren 1 in einem Zwischenspeicher eines Mikrorechners gespeichert. Die Ansteuerwerte werden als eine Aussage zur Qualität jedes einzelnen Taktes eines Heißsiegelvorganges herangezogen. Die gespeicherten Zwischenwerte werden als eine protokollierte Aussage zur Qualität jeder einzelnen erfolgten Heißversiegelung oder chargenweiser erfolgter Heißversiegelungen ...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine mit einem zweiteiligen Heißsiegelkopf an einem Maschinengestell mit einer Schließeinrichtung einer Schutzeinrichtung und zugehörigen Antrieben zur Verpackung von verschiedenen Stoffen und ein zugehöriges Verfahren zur Steuerung solch einer Heißsiegeleinheit nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.
  • Moderne Heißsiegeleinheiten für Flachbeutelmaschinen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Mit solcherart Flachbeutelmaschinen werden verschiedene Produkte wie Flüssigkeiten wie z. B. Milch, pastöse Massen dabei unter anderem auch Lebensmittel wie z. B. Senf, Ketchup oder dergleichen verpackt. Es können aber auch rieselfähige Stoffe und Granulate z. B. Zucker oder Salz, feste Stoffe wie Tücher, Binden, Pflaster, Kompressen oder sogar Tabletten verpackt und versiegelt werden. Schlauchbeutelmaschinen zur Herstellung Zuführung, Verfüllung und Verschweißung arbeiten entweder kontinuierlich oder in bestimmten vorgegebenen Takten. Bei den kontinuierlich arbeitenden Schlauchbeutelmaschinen erfolgt der Schlauchtransport kontinuierlich ohne Stillstand und die Beutelverschweißung geschieht bei stetig bewegten Folienschlauch. Bei den getaktet arbeitenden Schlauchbeutelmaschinen dagegen erfolgt die Beutelverschweißung bei kurzzeitig stillstehenden Folienschlauch. Die Beutellängsverschweißung kann dabei wahlweise auch bei bewegtem Folienschlauch erfolgen.
  • Es sind eine Vielzahl von verschiedensten Antriebslösungen für Siegeleinheiten von Schlauchbeutelmaschinen bekannt. So ist es bislang üblich einen elektromotorischen Antrieb und einen pneumatischen Antrieb zum Verschließen und Erzeugen der Schließ- bzw. Presskraft einzusetzen. Der pneumatische Antrieb ist dabei über einen Knickhebel angelenkt und soll die erforderliche Schließkraft der Schließeinrichtung aufbauen und während des Heißsiegelprozesses aufrecht erhalten. Aus der DE 195 37 510 B4 ist es auch bekannt als reine Verschließeinrichtung zwei elektromotorische Linearantriebe einzusetzen. Diese Linearantriebe sind jedoch nur als Hilfsantriebe für den reinen Verschließvorgang der Siegeleinheit eingesetzt und dienen nicht zur Erzeugung der Schließkraft für das Heißsiegelwerkzeug selbst.
  • Die DE 195 35 438 A1 beschreibt eine andere Lösung einer Verschließvorrichtung für einen Verpackungsvorgang, wobei der Verschließmechanismus mit nur einem Linearantrieb ausgerüstet ist. Der Verschließmechanismus umfasst hierbei eine Querbackenverschließeinrichtung mit zwei gegeneinander beweglichen Querbalken einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine Der Antrieb ist hierbei ebenfalls ein elektromagnetischer Linearantrieb. Ein Querbalken ist dabei mit dem beweglichen Teil des Linearantriebes verbunden wobei dieser mit einem Untersetzungsgetriebe verbunden ist. Dies soll bislang eingesetzte Antriebslösungen bei denen Übersetzungsgetriebe eingesetzt worden sind, ablösen.
  • Nachteilig bei allen bisher aus dem Stand der Technik bekannten technischen Lösungen ist es, dass die Verschließzeiten der Verschließeinrichtung zu lang und die Schließkräfte zu gering sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heißsiegeleinheit und ein Steuerungsverfahren für eine Flachbeutelmaschine zu schaffen, welche eine sehr dichte Verpackung von unterschiedlichen Stoffen ermöglicht, für unterschiedliche Einsatzzwecke geeignet ist, kürzere Siegelzeiten und kürzere Maschinenumrüstzeiten als bisher realisiert und unterschiedliche, leicht einstellbare und auch höhere Schließkräfte als bisher ermöglicht.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des ersten und des zweiten Patentanspruchs gelöst. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der rückbezüglichen Unteransprüche. Anspruch 1 beschreibt die allgemeine erfinderische Lösung für eine Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine mit einem zweiteiligen Heißsiegelkopf 11. Dieser Heißsiegelkopf 11 ist wie üblich an einem Maschinengestell 2 angeordnet und mit einer aus Sicherheitsgründen notwendigen Schließeinrichtung und einer zugehörigen Schutzeinrichtung versehen. Zum Öffnen und Schließen und zur Erzeugung der Presskraft sind in neuartiger Art und Weise zwei am Maschinengestell 2 angeordnete Servomotore 1 direkt über je einen zwischen geschalteten Schubkurbelexzenter 3 so befestigt, dass sie die beiden Heißsiegelbalken 6, die in einem Schubschlitten 5 des Heißsiegelkopfes 11 geführt sind, unabhängig voneinander antreiben. Im Gegensatz zu bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist die Schließeinrichtung als Verriegelungseinheit 8 zur Verriegelung der gesamten Heißsiegeleinheit gleichzeitig als selbsttragende Schutzeinheit 10, d. h. als ein einziges Bauteil in der Art eines geschlossenen Kraftbügels 9 ausgebildet. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass der bislang eingesetzte C-förmige Kraftbügel, d. h. einseitig offene Kraftbügel durch einen ringförmig geschlossenen O-förmigen Kraftbügel 9 ersetzt wird. Dadurch wird beim Dauerbetrieb der Heißsiegeleinheit eine taktweise Verformung unter Last des Kraftbügels zuverlässig ausgeschlossen, was zu einer längeren Standzeit der gesamten Heißsiegeleinheit führt. Beim erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren für einen zweiteiligen Heißsiegelkopf 11 einer Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine mit einem an einem Maschinengestell 2 angeordneten Schließeinrichtung einer Schutzeinrichtung und zugehörigen Antrieben und einer Steuerung mittels programmierbarer Mikrorechner werden die Ansteuerwerte der Servomotoren 1 während des Siegelprozesses getaktet oder stetig in einem Zwischenspeicher eines Mikrorechners gespeichert. Diese Ansteuerwerte der Servomotore 11 werden pro Heißsiegelvorgang zusammen gespeichert und werden als eine Aussage zur Qualität jedes einzelnen Taktes eines Heißsiegelvorganges herangezogen. Die jeweils gespeicherten Zwischenwerte werden über den Mikrorechner als eine protokollierte Aussage zur Qualität jeder einzelnen erfolgten Heißversiegelung oder chargenweiser erfolgter Heißversiegelungen auswertbar protokolliert und sind stetig als Liste oder bei Bedarf auch auf nachträgliche Anfrage abrufbar. Hierdurch wird es erstmals möglich bei dem Verpacken von sensiblen Stoffen zu jeder Zeit den Nachweis antreten zu können, ob diese Verpackung den geforderten Qualitätsstandards entsprochen hat. Des Weiteren werden die Ansteuerdaten der Servomotoren 1 zur automatischen Zentrierung der Heißsiegelbalken 6 in Bezug zur Füll- oder Dosiereinrichtung benutzt. Dieser Nachteil, der bei allen bisherigen Konstruktionen nicht zuverlässig dauerhaft beseitigt werden konnte, kann bei der erfindungsgemäßen Lösung aus zweierlei Gründen vermieden werden. Erstens ist durch die neuartige Konstruktion eine baulich völlig symmetrische Heißsiegeleinheit mit gleichen Massenverhältnissen für jede Hälfte des Heißsiegelkopfes 11 entstanden, was zu einem gleichmäßigen Schließen dieses Werkzeuges führt. Zweitens wird es durch die dauernde mögliche Überwachung der Ansteuerpositionen (Anfangsposition und Endposition der Servomotoren 1) die stetig in Referenz zu den beiden ersten Startpositionen (Anfangsposition und Endposition der Servomotoren 1) des ersten Siegelvorganges gesetzt, verglichen und ausgewertet werden, erstmals möglich, eine ständige Überwachung der beiden Teile der Heißsiegelkopfes 11 zur Zuführeinrichtung oder Dosiereinrichtung für die Befüllung oder Bestückung durchführen zu können. So können auch zu jeder Zeit, wenn z. B. bestimmte vorgebbare Referenzwerte überschritten werden, die beiden Teile des Heißsiegelkopfes 11 nachgeregelt werden, so dass jeweils wieder die richtige Stellung der Heißsiegelbalken 6 in Bezug zur Zuführeinrichtung oder Dosiereinrichtung eingenommen wird. Auch dies ist ein sehr wichtig Vorteil im Hinblick auf die Qualität der Verpackung und auf die Taktrate der neuartigen Heißsiegeleinheit. Zudem wird in Abhängigkeit von der Flachbeutelgröße, dem jeweils eingesetzten Folienwerkstoff und seiner Folienstärke sowohl der Schließvorgang des Heißsiegelkopfes 11, das Heißsiegeln selbst, als auch das Öffnen nach dem Heißsiegeln mittels programmierbarer Steuerwerte der Servomotoren 1 so gesteuert und geregelt, dass sowohl der Schließvorgang als auch der Öffnungsvorgang beider symmetrischer Teile des Heißsiegelkopfes 11 optimiert werden kann. Dadurch ist es erstmals möglich zum Beispiel zu Beginn des Schließvorganges mit sehr hoher Geschwindigkeit anzufahren, dann kurz abzubremsen und zum Schluss mit geringer Geschwindigkeit die Heißsiegeleinheit sanft zu schließen. Diese Einstellbarkeit von unterschiedlich getimten Bewegungsabläufen bewirkt bei dem Heißsiegelvorgang erstmals die Möglichkeit problemlos durch wenige einfache programmtechnische Schritte beliebig verschiedene Heißsiegelzeiten mit verschiedenen Pressdrücke realisieren zu können und zudem auch noch variable Öffnungsweiten des Heißsiegelkopfes automatisiert einstellen zu können. Zudem wird durch diesen getimten und sanften Schließ- und Öffnungsvorgang die Standzeit der gesamten Heißsiegeleinheit wesentlich vergrößert
  • Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Heißsiegeleinheit und des zugehörigen Steuerungsverfahrens gegenüber den bisher bekannten technischen Lösungen liegen darin, dass ohne große Maschinen- und Werkzeugumrüstzeiten eine sehr sichere stund dichte Verpackung von unterschiedlichen Stoffen ermöglicht werden kann. Diese Heißsiegeleinheit ist für unterschiedliche Einsatzzwecke geeignet, führt zu kürzere Siegelzeiten und kürzeren Maschinenumrüstzeiten als bisher und ermöglicht unterschiedliche, leicht einstellbare und auch wesentlich höhere Schließkräfte im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen.
  • In einer bevorzugten Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine sind am Maschinengestell 2 zwei Servomotoren 1 waagerecht als Antrieb für die beiden Hälften des Heißsiegelkopfes 11 angeordnet.
  • In einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine sind anstelle der Schubkurbelexenter 3 jeweils ein Zahnriementrieb zwischen Servomotor 1 und Heißsiegelbalken 6 angeordnet.
  • Es ist auch möglich für bestimmte Einsatzfälle bei der erfindungsgemäßen Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine anstelle der Schubkurbelexenter 3 jeweils einen Gewinderollenspindeltrieb zwischen Servomotor 1 und Heißsiegelbalken 6 anzuordnen.
  • Weitere Vorteile der Erfindung gegenüber anderen Lösungen sind der Wegfall jeglicher Hydraulik oder Pneumatik, was bei bestimmten sensiblen Verpackungen zum Wegfall von zusätzlichen Schutzeinrichtungen führen kann. Weiterhin können die Taktzeiten pro einzelner Verpackungsvorgang optimal gesteuert und auch verkürzt und zudem die Qualität der Verpackung kann nachprüfbar dokumentiert werden
  • Die erfindungsgemäße Heißsiegeleinheit soll nachstehend in einem Ausführungsbeispiel an Hand der 1 bis 2 näher erläutert werden.
  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen zweiteiligen Heißsiegelkopf 11
  • 2 zeigt einen erfindungsgemäßen zweiteiligen Heißsiegelkopf 11 mit einteiliger Verriegelungseinheit 8, Schutzeinrichtung 10 und dem geschlossenen Kraftbügel 9
  • In 1 ist eine Ansicht der Hauptbestandteile eines erfindungsgemäßen Heißsiegelkopfes 11 gezeigt. Am Maschinengestell 2, hier in U-Profilausführung, sind waggerecht zwei Servomotore 1 angeordnet. Auf der Antriebswelle jedes der Servomotore 1, die durch das Maschinengestell hindurchragen ist je ein Schubkurbelexzenter 3 befestigte. Am Schubkurbelexzenter 3 ist je eine Koppel 4 exzentrisch so gelagert, dass sie die Verbindung zu einer Strebe eines Schubschlittens 5 herstellt. Der Koppelpunkt der Koppel 4 ist bevorzugt mittig gewählt um neben einer baulich und massenmäßig symmetrische Ausführung des Heißsiegelkopfes 11 auch eine gleichmäßig symmetrische Funktionsweise gewährleisten zu können. Am den beiden gegeneinander wirkenden Schubschlitten 5 ist je ein diametral sich gegenüberstehender Heißsiegelbalken 6 angeordnet, welche die Heißversiegelung ausführen. Beim eigentlichen Heißsiegelvorgang werden die beiden Heißsiegelbalken 6 aufeinander zu bewegt. Sowohl das Schließen als auch das Öffnen dieser Heißsiegelbalken als auch die Presskraft, welche die beiden Heißsiegelbalken 6 während des Heißsiegelns gegeneinander presst werden nur mittels der beiden Servomotore 1 bewirkt. Die Zuführ- oder Dosiereinrichtung zur Befüllung oder Bestückung mit den zu verpackenden Stoffen bzw. Erzeugnissen, sowie die Folienbahn und die Lage der Flachbeutel sind nicht in den 1 und 2 nicht dargestellt um das Funktionsprinzip klar abbilden zu können
  • 2 zeigt einen erfindungsgemäßen zweiteiligen Heißsiegelkopf 11 mit einteiliger Verriegelungseinheit 8, Schutzeinrichtung 10 und dem geschlossenen Kraftbügel 9. Diese neuartige Ausführung bewirkt, dass im Gegensatz zu bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, die Schließeinrichtung der gesamten Heißsiegeleinheit als Verriegelungseinheit 8 zur Verriegelung sowohl der Heißsiegeleinheit dient als auch gleichzeitig als selbsttragende Schutzeinheit 10 wirkt. Die einteilige Verriegelungs- und Schutzeinheit 8, 10 in Zusammenhang mit einer entsprechenden Dimensionierung und seiner Anordnung am Maschinengestell 2 verhindert das in den Arbeitsraum während des Heißsiegelprozesses eingegriffen werden kann. Des Weiteren ist dieses neuartige, einteilig ausgeführte kombinierte Teil in der Art eines geschlossenen O-förmigen Kraftbügels 9 ausgebildet. Diese in sich geschlossene, massive Konstruktion hat den Vorteil, dass der bislang eingesetzte und bei anderen Flachbeutelmaschinen eingesetzte C-förmige Kraftbügel, d. h. einseitig offene Kraftbügel durch einen ringförmig geschlossenen O-förmigen Kraftbügel 9 ersetzt wird. Dadurch wird beim Dauerbetrieb der Heißsiegeleinheit eine taktweise Verformung unter Last des Kraftbügels zuverlässig ausgeschlossen. Die völlig symmetrische Konstruktion und der geschlossene Kraftbügel bedingen eine erheblich längere Standzeit der gesamten Heißsiegeleinheit gegenüber bislang bekannten technischen Lösungen. Mittels der Drehpunkte 7 kann jede einzelne Seite des Heißsiegelkopfes bei Bedarf nach Entriegelung der Verriegelungseinheit 8 in einfacher Art und Weise von Hand zur Seite geschwenkt und geöffnet werden, wobei die einzelnen Teile der gesamten Heißsiegeleinheit gereinigt, gewartet oder ausgetaucht oder umgerüstet werden können.
  • Neben der Möglichkeit der automatischen Zentrierung der Heißsiegelbalken 6 in Bezug zur Füll- oder Dosiereinrichtung mittels der Auswertung der Ansteuerdaten der Servomotoren 1 kann auch lediglich eine Überwachung der Maschinenpositionen, der Maschinenparameter, der Servomotordaten und der entsprechend fließenden einzelnen Ströme überwacht und gespeichert werden. Es können auch voreingestellte Kurveverläufe gefahren werden. Durch die Hinterlegung von Sollwerten im Mikrorechner zu den aufgeführten überwachten Maschinenwerten werden bei Abweichungen entsprechende Fehlermeldungen generiert. Diese führen zum einem dann dazu, dass es zu keinen größeren mechanischen Beschädigungen an den einzelnen Bauteilen der Heißsiegeleinheit kommen kann und dass auch keine fehlerhaften d. h nicht zuverlässig dicht versiegelten, oder zu gering oder zu viel befüllten oder bestückten Flachbeutelverpackungen entstehen können. Dadurch wird die Ausschussproduktion an fehlerhaften Verpackungen weitgehend reduziert, da sofort automatisch der Verpackungsprozess gestoppt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Heißsiegeleinheit und das zugehörige Verfahren zur Steuerung einer Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine sind insbesondere einsetzbar für Verpackungen in der Pharmaindustrie.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Servomotor
    2
    Maschinengestell
    3
    Schubkurbelexzenter
    4
    Koppel
    5
    Schubschlitten
    6
    Heißsiegelbalken
    7
    Drehpunkt
    8
    Verriegelungseinheit
    9
    Kraftbügel
    10
    Schutzeinheit
    11
    Heißsiegelkopf
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19537510 B4 [0003]
    • DE 19535438 A1 [0004]

Claims (5)

  1. Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine mit einem zweiteiligen Heißsiegelkopf (11) an einem Maschinengestell (2) mit einer Schließeinrichtung einer Schutzeinrichtung und zugehörigen Antrieben, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei am Maschinengestell (2) angeordnete Servomotore (1) direkt über je einen zwischen geschalteten Schubkurbelexzenter (3) die beiden Heißsiegelbalken (6) des Heißsiegelkopfes (6), die in einem Schubschlitten (5) des Heißsiegelkopfes (11) geführt sind, unabhängig voneinander antreiben, wobei die Verriegelungseinheit (8) gleichzeitig als selbsttragende Schutzeinheit (10) in der Art eines geschlossenen Kraftbügels (9) ausgebildet ist.
  2. Verfahren zur Steuerung einer Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine mit einem zweiteiligen Heißsiegelkopf (11) an einem Maschinengestell (2) mit einer Schließeinrichtung einer Schutzeinrichtung und zugehörigen Antrieben und einer Steuerung mittels programmierbarer Mikrorechner, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerwerte der Servomotoren (1) während des Siegelprozesses getaktet oder stetig in einem Zwischenspeicher eines Mikrorechners gespeichert werden, die gespeicherten Zwischenwerte als eine protokollierte Aussage zur Qualität jeder einzelnen erfolgten Heißversiegelung oder chargenweiser erfolgter Heißversiegelungen auswertbar protokolliert werden, dass die Ansteuerdaten der Servomotoren (1) zur automatischen Zentrierung der Heißsiegelbalken (6) in Bezug zur Fülleinrichtung benutzt werden, dass in Abhängigkeit von der Flachbeutelgröße, dem jeweils eingesetzten Folienwerkstoff und seiner Folienstärke sowohl der Schließvorgang des Heißsiegelkopfes (11), das Heißsiegeln als auch das Öffnen nach dem Heißsiegeln mittels programmierbarer Steuerwerte der Servomotoren (1) gesteuert und geregelt werden, wobei unterschiedliche getimte Bewegungsabläufe einstellbar, verschiedene Heißsiegelzeiten mit verschiedenen Pressdrücke realisierbar und variable Öffnungsweiten des Heißsiegelkopfes (11) automatisiert eingerichtet werden.
  3. Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Servomotoren (1) waagerecht am Maschinengestell (2) angeordnet sind.
  4. Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Schubkurbelexenter (3) jeweils ein Zahnriementrieb zwischen Servomotor (1) und Heißsiegelbalken (6) angeordnet ist.
  5. Heißsiegeleinheit für eine Flachbeutelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Schubkurbelexenter (3) jeweils ein Gewinderollenspindeltrieb zwischen Servomotor (1) und Heißsiegelbalken (6) angeordnet ist.
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