DE102020210131A1 - Rotary head with rotor-side control device, device comprising the rotary head and method for controlling an energy supply to a working element of the rotary head - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotationskopf (1), insbesondere für Verpackungs- und/oder Versiegelungsmaschinen, umfassend: einen Stator (2), einen Rotor (3) mit wenigstens einem energieverbrauchenden Arbeitsorgan (6), eine Übertragungseinrichtung (7) zur Energieübertragung vom Stator (2) an den Rotor (3), und eine Regeleinrichtung (8) zur Regelung der Energiezufuhr zu dem Arbeitsorgan (6). Um die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu lösen und einen kompakteren und verschleißärmeren Rotationskopf bereitzustellen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Übertragungseinrichtung (7) zur Energie- und Signalübertragung zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) ausgebildet ist und die Regeleinrichtung (8) auf dem Rotor (3) angeordnet ist. Des Weiteren stellt die Erfindung eine Vorrichtung umfassend den Rotationskopf und ein Verfahren zur Regelung einer Energiezufuhr zu einem Arbeitsorgan des Rotationskopfs bereit.The present invention relates to a rotary head (1), in particular for packaging and/or sealing machines, comprising: a stator (2), a rotor (3) with at least one energy-consuming working element (6), a transmission device (7) for transmitting energy from the stator (2) to the rotor (3), and a control device (8) for controlling the energy supply to the working element (6). In order to solve the problems known from the prior art and to provide a more compact and low-wear rotary head, the invention provides that the transmission device (7) is designed for energy and signal transmission between the stator (2) and the rotor (3) and the control device (8) is arranged on the rotor (3). Furthermore, the invention provides a device comprising the rotary head and a method for controlling an energy supply to a working element of the rotary head.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotationskopf, insbesondere für Verpackungsmaschinen, umfassend: einen Stator; einen Rotor mit wenigstens einem energieverbrauchenden Arbeitsorgan und eine Übertragungseinrichtung zur Übertragung von Energie vom Stator auf den Rotor sowie einer Regeleinrichtung zur Regelung einer Energiezufuhr zu dem Arbeitsorgan. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung umfassend den Rotationskopf und ein Verfahren zur Regelung einer Energiezufuhr zu einem Arbeitsorgan des Rotationskopfs.The present invention relates to a rotary head, particularly for packaging machines, comprising: a stator; a rotor with at least one energy-consuming working element and a transmission device for transmitting energy from the stator to the rotor and a control device for controlling an energy supply to the working element. The present invention also relates to a device comprising the rotary head and a method for controlling an energy supply to a working element of the rotary head.

Nach dem Stand der Technik wird die vom Arbeitsorgan verbrauchte Energie mittels Schleifringübertragung vom Stator auf den Rotor übertragen. Die Vorteile dieser Bauart liegen im relativ einfachen Aufbau, der ausgereiften Technologie und den geringen Kosten.According to the prior art, the energy consumed by the working element is transferred from the stator to the rotor by means of a slip ring transmission. The advantages of this design are the relatively simple structure, the mature technology and the low costs.

Allerdings bringt die Schleifringübertragung auch einige Nachteile mit sich: insbesondere bei komplexeren Rotationsköpfen mit einer Mehrzahl von individuell regelbaren Arbeitsorganen steigt die Anzahl der zur Energie- und Signalübertragung erforderlichen Übertragungskanäle, und damit der Bauraum, für entsprechende Energieübertragungseinrichtungen erheblich an. Dies behindert Reinigung der Maschine, was besonders nachteilig ist, weil offene Systeme Wartung und Reinigung beanspruchen. Die Schleifringübertragung ist aufgrund hoher Übergangswiderstände energieaufwändig und es besteht die Gefahr der Funkenbildung. Wegen des Schleifkontakts ergibt sich naturgemäß ein hoher Verschleiß der aneinander schleifenden Bauteile. Insgesamt ist diese herkömmliche Lösung mit Schleifringübertragung auch optisch nicht ansprechend.However, slip ring transmission also has some disadvantages: the number of transmission channels required for energy and signal transmission, and thus the installation space for corresponding energy transmission devices, increases considerably, particularly in the case of more complex rotary heads with a plurality of individually controllable working elements. This hampers cleaning of the machine, which is particularly disadvantageous because open systems require maintenance and cleaning. Due to high contact resistance, slip ring transmission consumes energy and there is a risk of sparking. Because of the sliding contact, there is naturally a high level of wear on the components rubbing against one another. Overall, this conventional solution with slip ring transmission is also not visually appealing.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu lösen und einen kompakteren und verschleißärmeren Rotationskopf bereitzustellen.The object of the present invention is to solve the problems known from the prior art and to provide a more compact rotary head with less wear.

Zur Lösung der vorstehend definierten Aufgabe offenbart die vorliegende Erfindung den Rotationskopf nach Anspruch 1. Als neben geordnete Aspekte offenbart die vorliegende Erfindung auch die Vorrichtung zum Verpacken und/oder Versiegeln kleinstückiger Artikel unter Verwendung eines solchen Rotationskopfs nach Anspruch 11 sowie ein Verfahren zum Regeln einer Energiezufuhr zu dem energieverbrauchenden Arbeitsorgan eines solchen Rotationskopfs gemäß Anspruch 12.To solve the above-defined object, the present invention discloses the rotary head according to claim 1. As subsidiary aspects, the present invention also discloses the apparatus for packaging and/or sealing small-sized articles using such a rotary head according to claim 11, and a method for controlling a power supply to the energy-consuming working element of such a rotary head according to claim 12.

Ein erfindungsgemäßer Rotationskopf mit einer Vielzahl von individuell regelbaren Arbeitsorganen und kontaktloser Energie- und Signalübertragung zwischen Stator und Rotor wird in Zusammenarbeit mit der Firma KONTENDA GmbH in Magdeburg hergestellt.A rotary head according to the invention with a large number of individually controllable working elements and contactless energy and signal transmission between the stator and rotor is produced in cooperation with the company KONTENDA GmbH in Magdeburg.

Der hierin offenbarte Rotationskopf ist insbesondere für die Anwendung in Verpackungs- und/oder Versiegelungsmaschinen vorgesehen und umfasst: einen Stator, einen Rotor mit wenigstens einem energieverbrauchenden Arbeitsorgan, und eine Übertragungseinrichtung zur Energie- und Signalübertragung zwischen dem Stator und dem Rotor, wobei der Rotor wenigstens eine mit der Übertragungseinrichtung gekoppelte Regeleinrichtung zur Regelung der Energiezufuhr zu dem Arbeitsorgan aufweist. Die Regelung der Energiezufuhr des Arbeitsorgans besteht beispielsweise darin, dass dem Arbeitsorgan Energie zugeführt wird, bis ein am Arbeitsorgan gemessener Wert (Istwert) einen gewünschten Zielwert (Sollwert) erreicht. Im einfachsten Fall ist der Sollwert fest vorgegeben oder wird direkt am Arbeitsorgan bzw. der Regeleinrichtung eingestellt bzw. verstellt (vgl. Thermostatregler). Alternativ dazu kann der Sollwert aber auch statorseitig (z.B. mit einem statorseitigen Eingabegerät) eingestellt und ggf. verstellt werden, wobei der Sollwert als Signal über die Übertragungseinrichtung auf den Rotor bzw. auf die rotorseitige Regeleinrichtung übertragbar ist. So kann beispielsweise der Stator des Rotationskopfs mit einem Eingabegerät (z.B. Computer mit Display) verbunden sein, an welchem der Sollwert einstellbar ist und gegebenenfalls der am Arbeitsorgan gemessene Istwert angezeigt wird. Erfindungsgemäß erfolgt die Regelung der Energiezufuhr zu dem Arbeitsorgan rotorseitig, d.h. die Regeleinrichtung ist auf dem Rotor angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Energiebedarf des Arbeitsorgans zur Erreichung eines Sollwerts besonders einfach ermittelbar ist. So kann auf Basis des am Arbeitsorgan gemessenen Istwerts ein Signal erzeugt und zur Berechnung des Energiebedarfs an den Stator übertragen. Auf Basis dieses Signals kann der Stator eine entsprechende Energiemenge/Leistung (= Energie pro Zeit) ermitteln und bereitstellen und an den Rotor übertragen. Bei einer Mehrzahl von energieverbrauchenden Arbeitsorganen hat dies den Vorteil, dass rotorseitig lediglich ein Signal auf Basis der an den Arbeitsorganen gemessenen Istwerte erzeugt und an den Stator weitergegeben werden kann, wobei die vom Stator berechnete Gesamtenergiemenge/Leistung über die Regeleinrichtungen dann an den Rotor und an die entsprechenden Arbeitsorgane weitergegeben wird. Im Gegensatz zur herkömmlichen Lösung, bei der eine Vielzahl paralleler Schleifkontakte verwirklicht werden musste, um eine Vielzahl von Arbeitsorganen individuell zu regeln, ist die Energie- und Signalübertragung bei der erfindungsgemäßen Lösung mit rotorseitiger Regelung wesentlich einfacher und kann durch die vorzugsweise kontaktlose (zum Beispiel induktive) Übertragungstechnik auch wesentlich kompakter ausgeführt werden. Im Rahmen der Erfindung ist aber auch möglich, die Energie- und Signalübertragung durch Kontakt zwischen dem Stator und dem Rotor zu bewerkstelligen, z.B. mittels Schleifringübertragung, weil durch die rotorseitige Regelung im Gegensatz zur herkömmlichen Lösung lediglich ein Signal vom Rotor an den Stator übertragen werden muss und die Gesamtenergiemenge vom Stator an den Rotor übermittelt werden muss, sodass die Anzahl der Schleifringkontakte gegenüber den herkömmlichen Lösungen weitaus geringer ist.The rotary head disclosed herein is intended in particular for use in packaging and/or sealing machines and comprises: a stator, a rotor with at least one energy-consuming working element, and a transmission device for transmitting energy and signals between the stator and the rotor, the rotor being at least has a control device coupled to the transmission device for controlling the energy supply to the working element. The regulation of the energy supply of the working element consists, for example, in that energy is supplied to the working element until a value (actual value) measured on the working element reaches a desired target value (set value). In the simplest case, the setpoint is fixed or is set or adjusted directly on the working element or the control device (cf. thermostat controller). As an alternative to this, the desired value can also be set on the stator side (eg with a stator-side input device) and adjusted if necessary, the desired value being transmittable as a signal via the transmission device to the rotor or to the rotor-side control device. For example, the stator of the rotating head can be connected to an input device (for example a computer with a display) on which the desired value can be set and, where appropriate, the actual value measured on the working element is displayed. According to the invention, the energy supply to the working element is regulated on the rotor side, ie the regulating device is arranged on the rotor. This has the advantage that the energy requirement of the working element to achieve a target value can be determined in a particularly simple manner. Based on the actual value measured on the working element, a signal can be generated and transmitted to the stator to calculate the energy requirement. Based on this signal, the stator can determine and provide a corresponding amount of energy/power (= energy per time) and transfer it to the rotor. With a large number of energy-consuming working elements, this has the advantage that only one signal can be generated on the rotor side based on the actual values measured at the working elements and passed on to the stator, with the total amount of energy/power calculated by the stator then being sent to the rotor and to the rotor via the control devices passed on to the relevant working bodies. In contrast to the conventional solution, in which a large number of parallel sliding contacts had to be implemented in order to regulate a large number of working elements individually, the energy and signal transmission in the solution according to the invention with rotor-side control is much simpler and can be carried out by the preferably contactless (e.g. inductive ) Transmission technology can also be made much more compact. As part of the invention However, it is also possible to transmit energy and signals through contact between the stator and the rotor, e.g. by means of slip ring transmission, because the rotor-side control, in contrast to the conventional solution, only has to transmit a signal from the rotor to the stator and the total amount of energy must be transmitted from the stator to the rotor, so that the number of slip ring contacts is far lower than in conventional solutions.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Es kann sinnvoll sein, wenn die Regeleinrichtung wenigstens einen Sensor zur Erfassung wenigstens eines Istwerts des Arbeitsorgans aufweist, wobei der Istwert vorzugsweise ein Temperaturwert und/oder Zustandswert (AN/AUS) ist. Im einfachsten Fall ist die Regeleinrichtung als Thermostatregler ausgeführt. Dabei wird eine Zieltemperatur des Arbeitsorgans als Sollwert vorgegeben und die gegenwärtige Temperatur des Arbeitsorgans als Istwert erfasst. Durch die Energiezufuhr wird das Arbeitsorgan erwärmt oder gekühlt, sodass sich die gemessene Temperatur (Istwert) der Zieltemperatur (Sollwert) annähert, bis die gemessene Temperatur (Istwert) die Zieltemperatur (Sollwert) erreicht. Es ist insbesondere auch möglich, dass jedes Arbeitsorgan mehrere Regeleinrichtungen und mehrere individuell regelbare Abschnitte aufweist. Gleichsam ist es auch möglich, dass eine Regeleinrichtung mehrere Arbeitsorgane bzw. eine Gruppe von Arbeitsorganen regelt.It can be useful if the control device has at least one sensor for detecting at least one actual value of the working element, the actual value preferably being a temperature value and/or status value (ON/OFF). In the simplest case, the control device is designed as a thermostat controller. In this case, a target temperature of the working element is specified as a setpoint and the current temperature of the working element is recorded as the actual value. The energy supply heats or cools the working element so that the measured temperature (actual value) approaches the target temperature (setpoint) until the measured temperature (actual value) reaches the target temperature (setpoint). In particular, it is also possible for each working element to have a number of control devices and a number of individually controllable sections. It is also possible, so to speak, for a control device to regulate a plurality of working organs or a group of working organs.

Es kann sich als nützlich erweisen, wenn die Übertragungseinrichtung konfiguriert ist, um ein auf Basis des wenigstens einen Istwerts erzeugtes Eingabe-Signal vom Rotor auf den Stator zu übertragen. Insbesondere bei der Erfassung mehrerer Istwerte kann die Erzeugung eines einzelnen Eingabesignals die vom Rotor auf den Stator zu übertragende Datenmenge deutlich reduzieren. Gerade bei einer Mehrzahl von Istwerten kann die Erzeugung eines einzelnen Eingabe-Signals die auf den Stator zu übertragende Datenmenge deutlich reduzieren, weil die Istwerte nicht einzeln an den Stator übertragen werden müssen.It may prove useful if the transmission device is configured to transmit an input signal generated based on the at least one actual value from the rotor to the stator. Especially when acquiring multiple actual values, the generation of a single input signal can significantly reduce the amount of data to be transferred from the rotor to the stator. In the case of a plurality of actual values in particular, the generation of a single input signal can significantly reduce the amount of data to be transmitted to the stator because the actual values do not have to be transmitted individually to the stator.

Es kann hilfreich sein, wenn die Übertragungseinrichtung konfiguriert ist, um eine auf Basis des Eingabe-Signals (und ggf. eines einstellbaren Sollwerts oder Kennfeldes) berechnete Energiemenge vom Stator auf den Rotor zu übertragen. Dadurch wird dem Rotor eine bedarfsgerecht kalkulierte Energiemenge zugeführt, die dann über die rotorseitigen Regeleinrichtungen an die Arbeitsorgane weitergegeben wird. Auch hierbei kann die Anzahl der Energieübertragungskanäle reduziert werden, da die Aufteilung der übertragenen Gesamtenergie erst rotorseitig über die Regeleinrichtung erfolgt.It can be helpful if the transfer device is configured to transfer a calculated amount of energy from the stator to the rotor based on the input signal (and possibly an adjustable target value or map). As a result, the rotor is supplied with an amount of energy calculated according to need, which is then passed on to the working organs via the rotor-side control devices. In this case, too, the number of energy transmission channels can be reduced, since the distribution of the total energy transmitted takes place only on the rotor side via the control device.

Es kann sich als praktisch erweisen, wenn die Regeleinrichtung konfiguriert ist, um die Energiezufuhr zu dem zugehörigen Arbeitsorgan in Abhängigkeit von der übertragenen Energiemenge zu regeln. Dadurch kann die Energiezufuhr zu dem Arbeitsorgan optimiert werden.It may prove practical if the control device is configured to regulate the energy supply to the associated working element as a function of the amount of energy transmitted. As a result, the energy supply to the working body can be optimized.

Es kann zweckdienlich sein, wenn der Stator eine statorseitige Steuereinrichtung aufweist und der Rotor eine rotorseitige, mit der Regeleinrichtung gekoppelte Steuereinrichtung aufweist, wobei die Übertragungseinrichtung zur (uni- oder bidirektionalen, vorzugsweise kontaktlosen) Energie- und Signalübertragung zwischen der statorseitigen Steuereinrichtung und der rotorseitigen Steuereinrichtung konfiguriert ist, wobei die rotorseitige Steuereinrichtung konfiguriert ist, um das Eingabe-Signal auf Basis des wenigstens einen Istwerts zu erzeugen und dieses Eingabe-Signal der Übertragungseinrichtung zur Übertragung auf die statorseitige Steuereinrichtung zuzuführen, und wobei die statorseitige Steuereinrichtung konfiguriert ist, um die Energiemenge auf Basis des Eingabe-Signals zu berechnen und diese Energiemenge der Übertragungseinrichtung zur Übertragung auf die rotorseitige Steuereinrichtung sowie auf die Regeleinrichtung zuzuführen. Bei dieser Ausführungsform erfolgen die Erzeugung des Eingabe-Signals und die Berechnung der Energiemenge systemintern bzw. rotorseitig und statorseitig.It can be expedient if the stator has a stator-side control device and the rotor has a rotor-side control device coupled to the regulating device, with the transmission device for (unidirectional or bidirectional, preferably contactless) energy and signal transmission between the stator-side control device and the rotor-side control device is configured, wherein the rotor-side control device is configured to generate the input signal on the basis of the at least one actual value and to feed this input signal to the transmission device for transmission to the stator-side control device, and wherein the stator-side control device is configured to increase the amount of energy To calculate the basis of the input signal and to supply this amount of energy to the transmission device for transmission to the rotor-side control device and to the regulating device. In this embodiment, the generation of the input signal and the calculation of the amount of energy take place within the system or on the rotor side and stator side.

Es kann sich als sinnvoll erweisen, wenn die statorseitige Steuereinrichtung konfiguriert ist, um der Übertragungseinrichtung wenigstens einen Sollwert zur Regelung des Arbeitsorgans, vorzugsweise einen Temperatursollwert und/oder Zustandswert, zur Übertragung auf die rotorseitige Steuereinrichtung und ggf. die Regeleinrichtung zuzuführen. Dadurch kann beispielsweise über ein einzelnes statorseitiges Eingabegerät der Sollwert für alle Arbeitsorgane eingestellt bzw. verstellt werden.It can prove useful if the stator-side control device is configured to supply the transmission device with at least one setpoint value for controlling the working element, preferably a temperature setpoint value and/or state value, for transmission to the rotor-side control device and, if necessary, the regulating device. As a result, the setpoint for all working elements can be set or adjusted, for example, via a single stator-side input device.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der Rotationskopf mehrere energieverbrauchende Arbeitsorgane aufweist, vorzugsweise mit einer gemeinsamen Regeleinrichtung oder jeweils mit wenigstens einer eigenen Regeleinrichtung, wobei bevorzugt die Übertragungseinrichtung konfiguriert ist, um wenigstens ein auf Basis der Istwerte aller Arbeitsorgane erzeugtes Eingabe-Signal vom Rotor auf den Stator zu übertragen, und weiter bevorzugt um eine auf Basis aller Eingabe-Signale berechnete Energiemenge vom Stator auf den Rotor übertragen, wobei besonders bevorzugt jede Regeleinrichtung konfiguriert ist, um die Energiezufuhr zu dem zugehörigen Arbeitsorgan in Abhängigkeit der Energiemenge zu regeln. Bei einer Vielzahl von Arbeitsorganen kommen die Vorteile des erfindungsgemäßen Rotationskopfs besonders zur Geltung. Insbesondere kann durch die rotorseitige Regeleinrichtung die Anzahl der Energie- und Signalübertragungskanäle gegenüber der herkömmlichen Schleifringübertragung deutlich reduziert werden. Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn jedes Arbeitsorgan wenigstens zwei individuell regelbare Abschnitte aufweist oder wenn eine Gruppe von Arbeitsorganen von einer einzelnen Regeleinrichtung geregelt wird.It can be advantageous if the rotary head has several energy-consuming working elements, preferably with a common control device or each with at least one separate control device, with the transmission device preferably being configured to transmit at least one input signal generated on the basis of the actual values of all working elements from the rotor to the To transfer stator, and more preferably to transfer an amount of energy calculated on the basis of all input signals from the stator to the rotor, wherein more preferably each control device is configured to regulate the energy supply to the associated working body depending on the amount of energy. With a large number of working bodies kom men the advantages of the rotary head according to the invention particularly effective. In particular, the rotor-side control device allows the number of energy and signal transmission channels to be significantly reduced compared to conventional slip ring transmission. However, it can also be advantageous if each working element has at least two individually controllable sections or if a group of working elements is controlled by a single control device.

Es kann sich als nützlich erweisen, wenn der Stator wenigstens eine Schnittstelle zur Energie-und Signalübertragung mit einer externen Einrichtung aufweist, wobei ein Sollwert zur Regelung des Arbeitsorgans bevorzugt über diese Schnittstelle eingebbar und über die Übertragungseinrichtung auf die Regeleinrichtung übertragbar ist. Über diese Schnittstelle kann z.B. ein Eingabegerät an den Stator angekoppelt werden, über welches die Sollwerte einstellbar bzw. verstellbar sind und an welchem gegebenenfalls die Istwerte ablesbar sind.It can prove useful if the stator has at least one interface for energy and signal transmission with an external device, a setpoint for controlling the working element preferably being input via this interface and being transmittable to the control device via the transmission device. An input device can be connected to the stator via this interface, for example, via which the setpoint values can be set or adjusted and from which the actual values can be read if necessary.

Es kann praktisch sein, wenn das Arbeitsorgan wenigstens ein individuell regelbares Heizelement zur Heißsiegelung von heißsiegelfähigem Verpackungsmaterial aufweist, vorzugsweise jedes Arbeitsorgan zwei oder vier individuell regelbare Heizelemente. Bei einer vorteilhaften Variante ist der Rotationskopf als Siegelkopf zur Versiegelung kleinstückiger Artikel in heißsiegelfähigem Verpackungsmaterial mit insgesamt acht Arbeitsorganen ausgeführt, die jeweils vier individuell beheizbare Haltebacken aufweisen. Bei dieser Variante werden die Temperaturen aller 32 Haltebacken jeweils durch eine eigene Regeleinrichtung individuell geregelt. Insgesamt gibt es also 32 Regeleinrichtungen. Die Sollwerte aller 32 Haltebacken können beispielsweise über ein an die Schnittstelle des Stators angekoppeltes Eingabegerät individuell eingestellt werden. Vorzugsweise sind die Sollwerte aller 32 Haltebacken gleich.It can be practical if the working element has at least one individually controllable heating element for heat-sealing heat-sealable packaging material, preferably each working element has two or four individually controllable heating elements. In an advantageous variant, the rotary head is designed as a sealing head for sealing small-piece articles in heat-sealable packaging material with a total of eight working elements, each of which has four individually heatable holding jaws. In this variant, the temperatures of all 32 holding jaws are individually regulated by their own control device. There are therefore 32 control devices in total. The target values of all 32 holding jaws can be set individually, for example, via an input device coupled to the stator interface. The target values of all 32 holding jaws are preferably the same.

Es kann sich als nützlich erweisen, wenn die Übertragungseinrichtung zur kontaktlosen, vorzugsweise induktiven, Energie- und/oder Signalübertragung zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich eine Verschleißminimierung sowie eine Verringerung der Kanäle für Signal-/Energieübertragung, Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise zur Übertragung hoher Leistungen.It can prove useful if the transmission device is designed for contactless, preferably inductive, energy and/or signal transmission between the stator and the rotor. This minimizes wear and tear and reduces the number of channels for signal/energy transmission. This enables a compact design for transmitting high power.

Es kann sinnvoll sein, wenn die Übertragungseinrichtung wenigstens einen Kontakt zur Energie-und/oder Signalübertragung zwischen dem Stator und dem Rotor aufweist, vorzugsweise wenigstens einen Schleifringkontakt. Der Vorteil dieser Technologie liegt in der technischen Ausgereiftheit und der hohen Zuverlässigkeit.It can be useful if the transmission device has at least one contact for energy and/or signal transmission between the stator and the rotor, preferably at least one slip ring contact. The advantage of this technology lies in its technical sophistication and high reliability.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verpackungsmaschine zum Verpacken und/oder Versiegeln von kleinstückigen Artikeln in heißsiegelfähigem Verpackungsmaterial umfassend wenigstens einen Rotationskopf nach einer der vorangehenden Ausführungen.A further aspect of the invention relates to a packaging machine for packaging and/or sealing small-piece articles in heat-sealable packaging material, comprising at least one rotary head according to one of the preceding embodiments.

Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Energiezufuhr zu dem energieverbrauchenden Arbeitsorgan des Rotationskopfs nach einer der vorangehenden Ausführungen, wobei mittels der Regeleinrichtung ein Istwert des Arbeitsorgans erfasst wird und ein auf Basis des Istwerts erzeugtes Eingabe-Signal mittels der Übertragungseinrichtung (vorzugsweise kontaktlos) vom Rotor auf den Stator übertragen wird, wobei auf Basis des Eingabe-Signals eine Energiemenge berechnet und (vorzugsweise kontaktlos) vom Stator auf den Rotor übertragen wird, und wobei die Energiezufuhr zu dem Arbeitsorgan in Abhängigkeit der Energiemenge geregelt wird.Yet another aspect of the invention relates to a method for controlling an energy supply to the energy-consuming working element of the rotary head according to one of the preceding statements, with the control device detecting an actual value of the working element and an input signal generated on the basis of the actual value being transmitted using the transmission device (preferably contactless) is transmitted from the rotor to the stator, wherein an amount of energy is calculated on the basis of the input signal and transmitted (preferably contactlessly) from the stator to the rotor, and wherein the energy supply to the working element is regulated as a function of the energy amount.

Weitere bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale, die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbart sind.Further preferred embodiments of the present invention result from combinations of the features that are disclosed in the claims, the description and the drawings.

Begriffe und Definitionenterms and definitions

Arbeitsorganworking body

Das Arbeitsorgan kann ein beliebiger Energieverbraucher sein, wie z.B. ein Aktor, z.B. ein Servomotor, Piezoantrieb, oder eine Heizeinrichtung.The working element can be any energy consumer, such as an actuator, e.g. a servomotor, piezo drive, or a heating device.

Figurenlistecharacter list

Es zeigen:

• 1 eine Seitenschnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskopfs nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Schnittrichtung entlang der Rotationsachse des Rotationskopfs und Blickrichtung radial zur Rotationsachse, wobei der Rotationskopf vier Arbeitsorgane mit einer gemeinsamen Regeleinrichtung aufweist, um eine Energiezufuhr zu den Arbeitsorganen gemeinsam zu regeln.
• 2 eine schematische Frontalansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskopfs nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Blickrichtung entlang der Rotationsachse des Rotationskopfs, wobei der Rotationskopf vier Arbeitsorgane mit jeweils einer eigenen Regeleinrichtung aufweist, um eine Energiezufuhr zu den Arbeitsorganen individuell zu regeln.
• 3 eine schematische Ansicht einer Übertragungseinrichtung zur kontaktlosen Energie-und Signalübertragung mittels Induktion.

Show it:

• 1 a side sectional view of a rotary head according to the invention according to the first embodiment of the invention with the cutting direction along the axis of rotation of the rotary head and the viewing direction radial to the axis of rotation, the rotary head having four working elements with a common control device in order to regulate an energy supply to the working elements together.
• 2 a schematic front view of a rotary head according to the invention according to the second embodiment of the invention looking along the axis of rotation of the rotary head, the rotary head having four working elements, each with its own control device, in order to regulate an energy supply to the working elements individually.
• 3 a schematic view of a transmission device for contactless energy and signal transmission by induction.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsbeispieleDetailed description of the preferred embodiments

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.The preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

Zunächst werden anhand des ersten Ausführungsbeispiels die wesentlichen Merkmale des erfindungsgemäßen Rotationskopfs 1 erläutert. Anhand weiterer Ausführungsbeispiele werden anschließend mögliche Abwandlungen aufgezeigt, wobei identische Merkmale mit identischen Bezugszeichen versehen sind, um auf die vorangehende Beschreibung zu verweisen und um Wiederholungen zu vermeiden.First, the essential features of the rotary head 1 according to the invention are explained with reference to the first exemplary embodiment. Possible modifications are then shown on the basis of further exemplary embodiments, with identical features being provided with identical reference symbols in order to refer to the preceding description and to avoid repetition.

Das Erfindungsprinzip ist auf alle Arten von Rotationsköpfen 1 anwendbar. Offenbart sind demnach ein Rotationskopf 1 für Verpackungs- und/oder Versiegelungsmaschinen, sowie ein Rotationskopf 1 für andere Anwendungen mit Ausnahme von Verpackungs- und/oder Versiegelungsmaschinen.The principle of the invention is applicable to all types of rotary heads 1. Accordingly, a rotary head 1 for packaging and/or sealing machines and a rotary head 1 for other applications with the exception of packaging and/or sealing machines are disclosed.

Erstes Ausführungsbeispiel (Fig. 1): Rotationskopf mit einer rotorseitigen RegeleinrichtungFirst exemplary embodiment (FIG. 1): rotary head with a regulating device on the rotor side

Der erfindungsgemäße Rotationskopf 1 ist als Siegelkopf für Verpackungsmaschinen ausgebildet und umfasst einen Stator 2 mit einer statorseitigen Steuereinrichtung 4, einen Rotor 3 mit einer rotorseitigen Steuereinrichtung 5 sowie mit vier energieverbrauchenden Arbeitsorganen 6, die hier als Siegelorgane bzw. als beheizbare Haltebackenpaare ausgebildet sind. Eine Übertragungseinrichtung 7 dient zur bidirektionalen und vorzugsweise kontaktlosen (induktiven) Energie- und ggf. Signalübertragung zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 bzw. zwischen der statorseitigen Steuereinrichtung 4 und der rotorseitigen Steuereinrichtung 5.The rotary head 1 according to the invention is designed as a sealing head for packaging machines and comprises a stator 2 with a stator-side control device 4, a rotor 3 with a rotor-side control device 5 and with four energy-consuming working elements 6, which are designed here as sealing elements or as heatable pairs of holding jaws. A transmission device 7 is used for bidirectional and preferably contactless (inductive) transmission of energy and, if necessary, signals between the stator 2 and the rotor 3 or between the stator-side control device 4 and the rotor-side control device 5.

Der Aufbau und das Funktionsprinzip einer beispielhaften Übertragungseinrichtung 7 zur kontaktlosen Energie-und Signalübertragung mittels Induktion wird später mit Bezug auf 3 beschrieben.The construction and functional principle of an exemplary transmission device 7 for contactless energy and signal transmission by means of induction will be explained later with reference to FIG 3 described.

Der Rotor 3 weist eine mit der rotorseitigen Steuereinrichtung 5 bzw. der Übertragungseinrichtung 7 gekoppelte Regeleinrichtung 8 zur Regelung der Energiezufuhr zu dem Arbeitsorgan 6 auf. Eine räumliche Differenzierung zwischen rotorseitiger Steuereinrichtung 5 und der (rotorseitigen) Regeleinrichtung 8 ist in der Praxis nicht erforderlich. Diese Differenzierung dient im Rahmen dieser Erfindung lediglich der Erläuterung der unterschiedlichen Funktionen dieser Einrichtungen.The rotor 3 has a control device 8 coupled to the rotor-side control device 5 or the transmission device 7 for controlling the energy supply to the working element 6 . A spatial differentiation between the rotor-side control device 5 and the (rotor-side) regulating device 8 is not necessary in practice. Within the scope of this invention, this differentiation serves only to explain the different functions of these devices.

Im ersten Ausführungsbeispiel regelt eine Regeleinrichtung 8 die Energiezufuhr aller Arbeitsorgane 6 auf Basis eines an z.B. einem der Arbeitsorgane 6 gemessenen Istwerts, damit dieser Istwert einen vorgegebenen Zielwert (Sollwert) erreicht. Die einzelne Regeleinrichtung 8 regelt folglich eine Gruppe von Arbeitsorganen 6.In the first exemplary embodiment, a control device 8 regulates the energy supply of all working elements 6 on the basis of an actual value measured at one of the working elements 6, for example, so that this actual value reaches a predetermined target value (set value). The individual control device 8 consequently controls a group of working elements 6.

Der Rotor 3 bildet ein Gehäuse mit einem im Wesentlichen zylindrischen Körper 11 und einem kreisförmigen Deckel 12, der über ein Wälzlager drehbar am Stator 2 gelagert ist. Das Gehäuse umschließt die statorseitige und rotorseitige Elektronik, nämlich die statorseitige und rotorseitige Steuereinrichtung 4, 5 sowie die rotorseitige Regeleinrichtung 8, wie auch die statorseitigen und rotorseitigen Teile der Übertragungseinrichtung 7. Bei kontaktloser Energie- und Signalübertragung stehen sich die statorseitigen und rotorseitigen Teile der Übertragungseinrichtung 7 vorzugsweise mit einem Spalt 10 gegenüber.The rotor 3 forms a housing with a substantially cylindrical body 11 and a circular cover 12 which is rotatably mounted on the stator 2 via a roller bearing. The housing encloses the stator-side and rotor-side electronics, namely the stator-side and rotor-side control device 4, 5 and the rotor-side control device 8, as well as the stator-side and rotor-side parts of the transmission device 7. In the case of contactless energy and signal transmission, the stator-side and rotor-side parts of the transmission device are in opposite directions 7 preferably with a gap 10 opposite.

Ferner weist die Regeleinrichtung 8 für jedes Arbeitsorgan 6 wenigstens einen Sensor zur Erfassung des Istwerts eines wenigstens Arbeitsorgans 6 auf. Der Istwert ist beispielsweise ein Temperaturwert und/oder Zustandswert (AN/AUS) des Arbeitsorgans 6. Es kann auch ein einzelner Sensor zur Erfassung der Temperatur aller Arbeitsorgane 6 vorgesehen sein oder es können auch mehrere Temperatursensoren an jedem Arbeitsorgan 6 vorgesehen sein.Furthermore, the control device 8 for each working element 6 has at least one sensor for detecting the actual value of at least one working element 6 . The actual value is, for example, a temperature value and/or state value (ON/OFF) of working element 6. A single sensor for detecting the temperature of all working elements 6 can also be provided, or several temperature sensors can also be provided on each working element 6.

Auf Basis der Istwerte erzeugt die rotorseitige Steuereinrichtung 5 ein Eingabe-Signal, das mittels der Übertragungseinrichtung 7 an die statorseitige Steuereinrichtung 4 übertragen wird. Der Istwert kann als Differenz zu einem Sollwert gebildet werden, kann aber auch als Absolutwert verwendet werden, wenn beispielsweise der Sollwert konstant ist und die Berechnung der Energiemenge nach einem vorgegebenen Kennfeld erfolgt. Bei mehreren Istwerten kann z.B. ein Eingabe-Signal auf Basis eines Mittel- oder Gesamtwerts gebildet werden.On the basis of the actual values, the control device 5 on the rotor side generates an input signal which is transmitted to the control device 4 on the stator side by means of the transmission device 7 . The actual value can be formed as the difference from a target value, but can also be used as an absolute value if, for example, the target value is constant and the amount of energy is calculated according to a predetermined characteristic diagram. If there are several actual values, an input signal can be formed based on an average or total value, for example.

Per kontaktloser Signalübertragung überträgt die Übertragungseinrichtung 7 das auf Basis des Istwerts erzeugte Eingabe-Signal vom Rotor 3 auf den Stator 2 bzw. von der rotorseitigen Steuereinrichtung 5 auf die statorseitige Steuereinrichtung 4.The transmission device 7 uses contactless signal transmission to transmit the input signal generated on the basis of the actual value from the rotor 3 to the stator 2 or from the rotor-side control device 5 to the stator-side control device 4.

Die statorseitige Steuereinrichtung 4 errechnet auf Basis dieses Eingabe-Signals den Gesamtenergiebedarf aller Arbeitsorgane 6 und überträgt diese Energiemenge mittels der Übertragungseinrichtung 7 kontaktlos an die rotorseitige Steuereinrichtung 5. Die Energiemenge kann in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen Istwert und einem vorgegebenen Sollwert errechnet werden, oder aus einem gespeicherten Kennfeld abgelesen werden. Der Sollwert kann zuvor über eine Energie- und/oder Datenschnittstelle 9 in die statorseitige Steuereinrichtung 4 eingegeben und dort gespeichert werden. Der Sollwert ist zudem über die Übertragungseinrichtung 7 auf die rotorseitige Steuereinrichtung 5 und die damit gekoppelte Regeleinrichtung 8 übertragbar.The stator-side control device 4 calculates the total energy requirement of all working elements 6 on the basis of this input signal and transmits this amount of energy contactlessly to the rotor-side control device 5 by means of the transmission device 7. The amount of energy can be calculated as a function of a difference between the actual value and a specified setpoint value, or off can be read from a stored map. The desired value can be entered into the stator-side control device 4 beforehand via an energy and/or data interface 9 and stored there. The desired value can also be transmitted via the transmission device 7 to the rotor-side control device 5 and the control device 8 coupled thereto.

In der Regeleinrichtung 8 erfolgt schließlich eine Aufteilung der auf den Rotor 3 übertragenen Energie auf die Arbeitsorgane 6. Die Regeleinrichtung 8 regelt die Energiezufuhr zu dem entsprechenden Arbeitsorgan 6, bis der Istwert den vorgegebenen Sollwert erreicht.Finally, in the control device 8, the energy transmitted to the rotor 3 is distributed to the working elements 6. The control device 8 regulates the energy supply to the corresponding working element 6 until the actual value reaches the specified desired value.

An folgendem Zahlenbeispiel, das auf dem ersten Ausführungsbeispiel mit vier individuell temperaturgeregelten Arbeitsorganen 6 basiert, kann das Erfindungsprinzip gut erläutert werden:

• - erstes Arbeitsorgan: Ist +49,8°C; Soll: +50°C, Differenz: 0,2K
• - zweites Arbeitsorgan: Ist +49,7°C; Soll: +50°C, Differenz: 0,3K
• - drittes Arbeitsorgan: Ist +49,9°C; Soll: +50°C, Differenz: 0,1 K
• - viertes Arbeitsorgan: Ist +49,6°C; Soll: +50°C, Differenz: 0,4K
• - Ist-Durchschnitt: +49,75 °C (Istwert), Soll-Durchschnitt: +50 °C (Istwert)

The principle of the invention can be explained well using the following numerical example, which is based on the first exemplary embodiment with four individually temperature-controlled working elements 6:

• - first working body: is +49.8°C; Target: +50°C, difference: 0.2K
• - second working body: actual +49.7°C; Target: +50°C, difference: 0.3K
• - third working body: actual +49.9°C; Target: +50°C, difference: 0.1 K
• - fourth working body: actual +49.6°C; Target: +50°C, difference: 0.4K
• - Actual average: +49.75 °C (actual value), target average: +50 °C (actual value)

Die Istwerte entsprechen der am jeweiligen Arbeitsorgan 6 gemessenen Temperatur. Der vorgegebene Sollwert entspricht der Zieltemperatur der Arbeitsorgane 6.The actual values correspond to the temperature measured at the respective working element 6 . The specified setpoint corresponds to the target temperature of the working elements 6.

Soweit die Temperatur der Arbeitsorgane auf Basis eines Temperatur-Mittelwerts der Arbeitsorgane geregelt wird, kann die Aufteilung der vom Stator 2 auf den Rotor 3 übertragenen Energiemenge auf die Arbeitsorgane 6 zu gleichen Teilen erfolgen (E = Energieeinheit), wie am nachstehenden Zahlenbeispiel erläutert wird:

• - erstes Arbeitsorgan: Ist +49,8°C; Soll: +50°C, Differenz: 0,2 K, Energiebedarf: 2,5 E
• - zweites Arbeitsorgan: Ist +49,7°C; Soll: +50°C, Differenz: 0,3 K, Energiebedarf: 2,5 E
• - drittes Arbeitsorgan: Ist +49,9°C; Soll: +50°C, Differenz: 0,1 K, Energiebedarf: 2,5 E
• - viertes Arbeitsorgan: Ist +49,6°C; Soll: +50°C, Differenz: 0,4 K, Energiebedarf: 2,5 E
• - Gesamtdifferenz: 1 K, Gesamtenergiebedarf: 10 E

If the temperature of the working elements is regulated on the basis of an average temperature of the working elements, the amount of energy transferred from the stator 2 to the rotor 3 can be divided equally between the working elements 6 (E = energy unit), as explained in the following numerical example:

• - first working body: is +49.8°C; Target: +50°C, difference: 0.2 K, energy requirement: 2.5 E
• - second working body: actual +49.7°C; Target: +50°C, difference: 0.3 K, energy requirement: 2.5 E
• - third working body: actual +49.9°C; Target: +50°C, difference: 0.1 K, energy requirement: 2.5 E
• - fourth working body: actual +49.6°C; Target: +50°C, difference: 0.4 K, energy requirement: 2.5 E
• - Total difference: 1 K, total energy requirement: 10 E

Da der Temperaturmittelwert aller Arbeitsorgane 6 als Istwert auf einen Sollwert geregelt wird und nicht die individuell gemessenen Temperaturen der einzelnen Arbeitsorgane 6, wird allen Arbeitsorganen 6 die gleiche Energiemenge (eine Energieeinheit E) zugeführt, obwohl die ermittelte Temperaturdifferenz zwischen der gemessenen Temperatur (Ist) und der Zieltemperatur (Soll) an allen vier Arbeitsorganen 6 verschieden ist. Bei vergleichsweise geringen Temperaturdifferenzen zwischen den Arbeitsorganen 6, die in der Praxis wohl zu erwarten sind, ist diese Art der Temperaturregelung an den Arbeitsorganen 6 hinreichend genau.Since the average temperature of all working elements 6 is regulated as an actual value to a set value and not the individually measured temperatures of the individual working elements 6, the same amount of energy (one energy unit E) is supplied to all working elements 6, although the determined temperature difference between the measured temperature (actual) and the target temperature (target) is different on all four working elements 6. With comparatively small temperature differences between the working elements 6, which are to be expected in practice, this type of temperature control on the working elements 6 is sufficiently precise.

Zweites Ausführungsbeispiel (Fig. 2): Rotationskopf 1 mit mehreren rotorseitigen Regeleinrichtungen 8Second embodiment (Fig. 2): rotary head 1 with several rotor-side control devices 8

Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 umfasst der Rotationskopf 1 ebenfalls vier energieverbrauchende Arbeitsorgane 6, die aber abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel jeweils eine eigene Regeleinrichtung 8 aufweisen, um die Energiezufuhr zu jedem Arbeitsorgan 6 individuell zu regeln. Die Gesamtenergiemenge, die den Arbeitsorganen 6 zuzuführen ist, wird hierbei auf Basis der individuell gemessenen Istwerte errechnet und vom Stator 2 auf den Rotor 3 übertragen. Abschließend wird die Energiezufuhr zu jedem der Arbeitsorgane 6 durch die jeweilige Regeleinrichtung 8 individuell geregelt, sodass der Istwert und den vorgegebenen Sollwert erreicht, wie das folgende Zahlenbeispiel veranschaulicht:

• - erstes Arbeitsorgan: Ist +48°C; Soll: +50°C, Differenz: 2K, Energiebedarf: 20 E
• - zweites Arbeitsorgan: Ist +47°C; Soll: +50°C, Differenz: 3K, Energiebedarf: 30 E
• - drittes Arbeitsorgan: Ist +49°C; Soll: +50°C, Differenz: 1K, Energiebedarf: 10 E
• - viertes Arbeitsorgan: Ist +46°C; Soll: +50°C, Differenz: 4K, Energiebedarf: 40 E
• - Ist-Durchschnitt: 47,5 °C; Gesamtenergiebedarf: 100 E (z.B. 1 E = 1 Wattsekunde)

In the second embodiment according to 2 the rotary head 1 also includes four energy-consuming working elements 6, which, however, in contrast to the first exemplary embodiment, each have their own control device 8 in order to regulate the energy supply to each working element 6 individually. The total amount of energy to be supplied to the working elements 6 is calculated on the basis of the individually measured actual values and transferred from the stator 2 to the rotor 3 . Finally, the energy supply to each of the working elements 6 is regulated individually by the respective control device 8, so that the actual value and the specified target value are reached, as illustrated in the following numerical example:

• - first working body: is +48°C; Target: +50°C, difference: 2K, energy requirement: 20 E
• - second working body: is +47°C; Target: +50°C, difference: 3K, energy requirement: 30 E
• - third working body: is +49°C; Target: +50°C, difference: 1K, energy requirement: 10 E
• - fourth working body: is +46°C; Target: +50°C, difference: 4K, energy requirement: 40 E
• - Actual average: 47.5 °C; Total energy requirement: 100 E (e.g. 1 E = 1 watt second)

Zur Berechnung der vom Stator 2 auf den Rotor 3 zu übertragenden Energiemenge kommt es zunächst nur auf den Gesamtenergiebedarf an. Es wird hierbei angenommen, dass der Gesamtenergiebedarf proportional zur Gesamtdifferenz der Istwerte und Sollwerte aller Arbeitsorgane 6 ist. Demnach muss zur Berechnung der Gesamtenergiemenge nur ein auf Basis des Istwerts erzeugtes Eingabe-Signal, das hier auf der Gesamtdifferenz der Istwerte und Sollwerte aller Arbeitsorgane 6 basiert, vom Rotor 3 auf den Stator 2 übertragen werden. Nach der Übertragung der Gesamtenergiemenge vom Stator 2 auf den Rotor 3 erfolgt die Aufteilung der übertragenen Energie mittels der rotorseitigen Regeleinrichtungen 8 auf die Arbeitsorgane 6. Dabei wird die Gesamtenergiemenge mittels der individuellen Regeleinrichtungen 8 nun proportional zur Istwert-Sollwert-Differenz so auf die Arbeitsorgane 6 aufgeteilt, dass dem dritten Arbeitsorgan die geringste Energiemenge zugeführt wird, und in aufsteigender Reihenfolge dem ersten Arbeitsorgan (Temperaturdifferenz 2 K), zweiten Arbeitsorgan (Temperaturdifferenz 3 K) und vierten Arbeitsorgan 6 (Temperaturdifferenz 4 K) eine entsprechend höhere Energiemenge.To calculate the amount of energy to be transferred from the stator 2 to the rotor 3, initially only the total energy requirement is important. It is assumed here that the total energy requirement is proportional to the total difference between the actual values and setpoint values of all working elements 6 . Accordingly, only an input signal generated on the basis of the actual value, which here is based on the total difference between the actual values and setpoint values of all working elements 6, has to be transmitted from the rotor 3 to the stator 2 in order to calculate the total amount of energy. After the total amount of energy has been transferred from the stator 2 to the rotor 3, the energy transferred is distributed by means of the control devices 8 on the rotor side to the working elements 6 The total amount of energy is now divided between the working elements 6 proportionally to the difference between the actual value and the desired value by means of the individual control devices 8 in such a way that the lowest amount of energy is supplied to the third working element, and in ascending order to the first working element (temperature difference 2 K), second working element (temperature difference 3 K ) and fourth working element 6 (temperature difference 4 K) a correspondingly higher amount of energy.

Liegt die Isttemperatur über der Solltemperatur, so ist der Energiebedarf des jeweiligen Arbeitsorgans 0 E. Somit fließen effektiv nur die Arbeitsorgane 6 in die Ermittlung des Energiebedarfs ein, bei denen die Isttemperatur kleiner ist als die Solltemperatur. Durch Ausbleiben der Energiezufuhr kühlt sich das jeweilige Arbeitsorgan 6 durch Abgabe von Energie an die Umgebung wieder auf den Sollwert ab. Bei Unterschreiten des Istwerts unter den Sollwert ist der Energiebedarf dieses Arbeitsorgans wieder positiv, wie das folgende Zahlenbeispiel veranschaulicht:

• - erstes Arbeitsorgan: Ist +52°C; Soll: +50°C, Differenz: -2K, Energiebedarf: 0 E
• - zweites Arbeitsorgan: Ist +47°C; Soll: +50°C, Differenz: 3K, Energiebedarf: 30 E
• - drittes Arbeitsorgan: Ist +49°C; Soll: +50°C, Differenz: 1K, Energiebedarf: 10 E
• - viertes Arbeitsorgan: Ist +51 °C; Soll: +50°C, Differenz: -1 K, Energiebedarf: 0 E
• - Ist-Durchschnitt: 47,5 °C; Gesamtenergiebedarf: 40 E (z.B. 1 E = 1 Watt)

If the actual temperature is above the target temperature, the energy requirement of the respective working element is 0 E. Thus, only the working elements 6 where the actual temperature is lower than the target temperature effectively flow into the determination of the energy requirement. If there is no energy supply, the respective working element 6 cools down again to the desired value by releasing energy to the environment. If the actual value falls below the target value, the energy requirement of this working element is positive again, as the following numerical example illustrates:

• - first working body: is +52°C; Target: +50°C, difference: -2K, energy requirement: 0 E
• - second working body: is +47°C; Target: +50°C, difference: 3K, energy requirement: 30 E
• - third working body: is +49°C; Target: +50°C, difference: 1K, energy requirement: 10 E
• - fourth working body: is +51 °C; Target: +50°C, difference: -1 K, energy requirement: 0 E
• - Actual average: 47.5 °C; Total energy requirement: 40 E (e.g. 1 E = 1 watt)

Durch die individuelle Regelung aller Arbeitsorgane 6 können Temperaturunterschiede zwischen den Arbeitsorganen 6 optimal ausgeglichen werden.Temperature differences between the working organs 6 can be optimally compensated for by the individual control of all working organs 6 .

In einem alternativen Zahlenbeispiel sind die Sollwerte der Arbeitsorgane 6 individuell eingestellt:

• - erstes Arbeitsorgan: Ist +48°C; Soll: +51 °C, Differenz: 3 K, Energiezufuhr: 30 E
• - zweites Arbeitsorgan: Ist +47°C; Soll: +52°C, Differenz: 5 K, Energiezufuhr: 50 E
• - drittes Arbeitsorgan: Ist +49°C; Soll: +50°C, Differenz: 1 K, Energiezufuhr: 10 E
• - viertes Arbeitsorgan: Ist +46°C; Soll: +49°C, Differenz: 3 K, Energiezufuhr: 30 E
• - Gesamtdifferenz: 12 K, Gesamtenergiebedarf: 120 E

In an alternative numerical example, the target values of the working elements 6 are set individually:

• - first working body: is +48°C; Target: +51 °C, difference: 3 K, energy supply: 30 E
• - second working body: is +47°C; Target: +52°C, difference: 5 K, energy supply: 50 E
• - third working body: is +49°C; Target: +50°C, difference: 1 K, energy supply: 10 E
• - fourth working body: is +46°C; Target: +49°C, difference: 3 K, energy supply: 30 E
• - Total difference: 12 K, total energy requirement: 120 E

Dabei können die Arbeitsorgane 6 nicht nur individuell beheizt werden, sondern auch auf unterschiedliche Temperaturen geregelt werden.The working elements 6 can not only be heated individually, but also regulated to different temperatures.

Drittes Ausführungsbeispiel Siegelkopf mit 32 rotorseitigen RegeleinrichtungenThird exemplary embodiment of the sealing head with 32 control devices on the rotor side

Im dritten Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) ist der Rotationskopf 1 als Siegelkopf zum Versiegeln von kleinstückigen Artikeln in heißsiegelfähigen Verpackungsmaterial ausgebildet. Der Siegelkopf 1 umfasst insgesamt acht Arbeitsorgane 6 mit jeweils vier individuell beheizbaren Haltebacken, zwischen denen das den Artikel umschließende Verpackungsmaterial eingeklemmt und durch Wärmezufuhr über die Haltebacken heißgesiegelt wird. Vor der Siegelung des Verpackungsmaterials wird dem Artikel zunächst in einem an sich bekannten Verfahren ein beispielsweise rechteckiger Verpackungsmaterialzuschnitt zugeordnet und schlauchförmig um den Artikel gewickelt. Die über den Artikel beidseitig überstehenden Enden des Verpackungsmaterialschlauchs werden zwischen den jeweils beiderseits des Artikels paarweise angeordneten Haltebackenpaaren eingeklemmt. Bei einer vorzugsweise kontinuierlichen Rotation des Rotationskopf 1 um seine Rotationsachse R wird jeder Haltebacke Wärmeenergie zugeführt, um die Wärme durch Druckkontakt konduktiv auf das Verpackungsmaterial zu übertragen. Bei Erreichen einer Aktivierungstemperatur verschmilzt das Verpackungsmaterial in den zur Deckung gebrachten und zusammengedrückten Siegelbereichen, um den Artikel im Verpackungsmaterial idealerweise luftdicht bzw. hermetisch zu versiegeln.In the third exemplary embodiment (not shown), the rotary head 1 is designed as a sealing head for sealing small-piece articles in heat-sealable packaging material. The sealing head 1 comprises a total of eight working elements 6, each with four individually heatable holding jaws, between which the packaging material enclosing the article is clamped and heat-sealed by supplying heat via the holding jaws. Before the packaging material is sealed, the article is first assigned a rectangular packaging material blank, for example, in a method known per se, and is wound around the article in the form of a tube. The ends of the tube of packaging material protruding beyond the article on both sides are clamped between the pairs of holding jaws arranged on both sides of the article. With a preferably continuous rotation of the rotary head 1 about its axis of rotation R, thermal energy is supplied to each holding jaw in order to transfer the heat conductively to the packaging material by pressure contact. Upon reaching an activation temperature, the packaging material fuses in the registered and compressed sealing areas to ideally hermetically seal the article within the packaging material.

Durch die individuelle Temperaturregelung aller 32 Haltebacken sind insgesamt 32 rotorseitige Regeleinrichtungen 8 vorzusehen. Dabei werden die Temperaturen der Haltebacken als Istwerte gemessen. Auf Basis der gemessenen Istwerte wird ein Eingabe-Signal erzeugt und an den Stator 2 übermittelt. Auf Basis des Eingabe-Signals wird eine Gesamtenergiemenge für alle 32 Haltebacken berechnet und an den Rotor 3 übertragen. Mittels der 32 rotorseitigen Regeleinrichtungen 8 wird die auf den Rotor übertragene Gesamtenergiemenge auf die 32 Haltebacken verteilt, sodass sich die gemessene Temperatur jeder Haltebacke (Istwert) an die Zieltemperatur (Sollwert) annähert.Due to the individual temperature control of all 32 holding jaws, a total of 32 control devices 8 on the rotor side are to be provided. The temperatures of the holding jaws are measured as actual values. An input signal is generated and transmitted to the stator 2 on the basis of the measured actual values. Based on the input signal, a total amount of energy for all 32 holding jaws is calculated and transmitted to the rotor 3. The total amount of energy transferred to the rotor is distributed to the 32 holding jaws by means of the 32 rotor-side control devices 8, so that the measured temperature of each holding jaw (actual value) approaches the target temperature (set value).

Induktive Energie-und Signalübertragung (Figur 3)Inductive energy and signal transmission (Figure 3)

Eine beispielhafte Einrichtung zur induktiven Energie- und Signalübertragung bzw. Übertragungseinrichtung 7 wird nachstehend mit Bezug auf die 3 erläutert.An exemplary device for inductive energy and signal transmission or transmission device 7 is described below with reference to FIG 3 explained.

Eine (statorseitige) Primärspule L1 wird von einem Wechselstrom Us durchflossen, um ein sich periodisch veränderndes Magnetfeld B zu erzeugen. Das Magnetfeld B induziert in der (rotorseitigen) Sekundärspule L2 eine Spannung, welche zur Energie- oder Signalübertragung genutzt werden kann. Ein Oszillator O befindet sich zwischen einer Spannungsquelle Q und der Primärspule L1. Zwischen der Sekundärspule L2 und dem Arbeitsorgan 6 ist ein Gleichrichter G angeordnet. So wird der auf der Primärseite erzeugte Wechselstrom Us auf der Sekundärseite als Gleichstrom an das Arbeitsorgan 6 angelegt.An alternating current Us flows through a (stator-side) primary coil L1 in order to generate a periodically changing magnetic field B. The magnetic field B induces a voltage in the (rotor-side) secondary coil L2, which can be used for energy or signal transmission. An oscillator O is connected between a voltage source Q and the primary coil L1. A rectifier G is arranged between the secondary coil L2 and the working element 6 . Thus, the alternating current Us generated on the primary side is applied as direct current to the working element 6 on the secondary side.

Es entsteht kein mechanischer Verschleiß und die gekapselte Bauweise behindert die Reinigung nicht. Bei geschickter Konstruktion kann eine derartige Übertragungseinrichtung 7 relativ „unsichtbar“ integriert werden. Eine hohe Datenübertragung und höhere Beweglichkeit werden möglich. There is no mechanical wear and the encapsulated design does not impede cleaning. With skillful design, such a transmission device 7 can be integrated relatively “invisibly”. High data transmission and greater mobility become possible.

Der Kerngedanke der Erfindung ist die rotorseitige Regeleinrichtung 6. Diese ermöglicht, dass in der einen Richtung nur ein Temperatursollwert und ggf. Steuerbefehle vom Stator 2 auf den Rotor 3 („Hinübertragung“) übertragen werden muss, wobei in der Gegenrichtung („Rückübertragung“) nur ein Signal z.B. auf Basis aller 32 Temperaturistwerte der Haltebacken sowie Zustandsmeldungen etc. als Signal vom Rotor 3 auf den Stator 2 übertragen werden, und wobei anschließend nur der auf Basis des Eingabe-Signals ermittelte Energiemenge aller Arbeitsorgane 6 auf den Rotor 3 übermittelt und anschließend per Regeleinrichtung 6 an die Arbeitsorgane 6 verteilt wird.The core idea of the invention is the rotor-side control device 6. This allows that in one direction only a temperature setpoint and possibly control commands from the stator 2 to the rotor 3 ("outward transmission") must be transmitted, with in the opposite direction ("reverse transmission"). only one signal, e.g. based on all 32 actual temperature values of the holding jaws and status reports etc., is transmitted as a signal from the rotor 3 to the stator 2, and then only the energy quantity of all working elements 6 determined on the basis of the input signal is transmitted to the rotor 3 and then is distributed to the working organs 6 by the control device 6 .

Der Vorteil der kontaktlosen Signal-/Energieübertragung ergibt sich vorwiegend durch die Verschleißminimierung und die Verringerung der Kanäle für Signal-/Energieübertragung, was die kompakte Bauweise zur Übertragung hoher Leistungen ermöglicht.The advantage of the contactless signal/energy transmission results primarily from the minimization of wear and tear and the reduction of the channels for signal/energy transmission, which enables the compact design to transmit high power.

BezugszeichenlisteReference List

11

Rotationskopfrotary head

22

Statorstator

33

Rotorrotor

44

Steuereinrichtung (statorseitig)Control device (stator side)

55

Steuereinrichtung (rotorseitig)Control device (on the rotor side)

66

Arbeitsorganworking body

77

Übertragungseinrichtungtransmission facility

88th

Regeleinrichtung (rotorseitig)Control device (on the rotor side)

99

Anschlussconnection

1010

Luftspaltair gap

1111

Gehäusehousing

1212

Deckellid

1313

Lagerwarehouse

BB

Magnetfeldmagnetic field

GG

Gleichrichterrectifier

L1L1

SpuleKitchen sink

L2L2

SpuleKitchen sink

OO

Oszillatoroscillator

QQ

Spannungsquellevoltage source

RR

Rotationsachseaxis of rotation

SS

Schwenkachsepivot axis

Usus

Wechselstromalternating current

Claims (14)

Rotationskopf (1), insbesondere für Verpackungs- und/oder Versiegelungsmaschinen, umfassend: einen Stator (2), einen Rotor (3) mit wenigstens einem energieverbrauchenden Arbeitsorgan (6), und eine Übertragungseinrichtung (7) zur Energie- und Signalübertragung zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3), wobei der Rotor (3) wenigstens eine mit der Übertragungseinrichtung (7) gekoppelte Regeleinrichtung (8) zur Regelung der Energiezufuhr zu dem Arbeitsorgan (6) aufweist.Rotary head (1), in particular for packaging and/or sealing machines, comprising: a stator (2), a rotor (3) with at least one energy-consuming working element (6), and a transmission device (7) for energy and signal transmission between the stator (2) and the rotor (3), the rotor (3) having at least one control device (8) coupled to the transmission device (7) for controlling the energy supply to the working element (6). Rotationskopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (8) wenigstens einen Sensor zur Erfassung wenigstens eines Istwerts des Arbeitsorgans (6) aufweist, wobei der Istwert vorzugsweise ein Temperaturwert und/oder Zustandswert ist.rotary head (1) after claim 1 , characterized in that the control device (8) has at least one sensor for detecting at least one actual value of the working element (6), the actual value preferably being a temperature value and/or state value. Rotationskopf (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (7) konfiguriert ist, um ein auf Basis des wenigstens einen Istwerts erzeugtes Eingabe-Signal vom Rotor (3) auf den Stator (2) zu übertragen.rotary head (1) after claim 2 , characterized in that the transmission device (7) is configured to transmit an input signal generated on the basis of the at least one actual value from the rotor (3) to the stator (2). Rotationskopf (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (7) konfiguriert ist, um eine auf Basis des Eingabe-Signals berechnete Energiemenge vom Stator (2) auf den Rotor (3) zu übertragen.rotary head (1) after claim 3 , characterized in that the transmission device (7) is configured to transmit an amount of energy calculated on the basis of the input signal from the stator (2) to the rotor (3). Rotationskopf (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (8) konfiguriert ist, um die Energiezufuhr zu dem zugehörigen Arbeitsorgan (6) in Abhängigkeit von der übertragenen Energiemenge zu regeln.rotary head (1) after claim 4 , characterized in that the control device (8) is configured to regulate the energy supply to the associated working element (6) depending on the transmitted amount of energy. Rotationskopf (1), nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) eine statorseitige Steuereinrichtung (4) aufweist und der Rotor (3) eine rotorseitige, mit der Regeleinrichtung (8) gekoppelte Steuereinrichtung (5) aufweist, wobei die Übertragungseinrichtung (7) zur Energie- und Signalübertragung zwischen der statorseitigen Steuereinrichtung (4) und der rotorseitigen Steuereinrichtung (5) konfiguriert ist, wobei die rotorseitige Steuereinrichtung (5) konfiguriert ist, um das Eingabe-Signal auf Basis des wenigstens einen Istwerts zu erzeugen und dieses Eingabe-Signal der Übertragungseinrichtung (7) zur Übertragung auf die statorseitige Steuereinrichtung (4) zuzuführen, und wobei die statorseitige Steuereinrichtung (4) konfiguriert ist, um die Energiemenge auf Basis des Eingabe-Signals zu berechnen und diese Energiemenge der Übertragungseinrichtung (7) zur Übertragung auf die rotorseitige Steuereinrichtung (5) sowie auf die Regeleinrichtung (8) zuzuführen.rotary head (1), after claim 5 , characterized in that the stator (2) has a stator-side control device (4) and the rotor (3) has a rotor-side control device (5) coupled to the regulating device (8), the transmission device (7) for energy and signal transmission is configured between the stator-side control device (4) and the rotor-side control device (5), wherein the rotor-side control device (5) is configured to the input generating a be signal based on the at least one actual value and feeding this input signal to the transmission device (7) for transmission to the stator-side control device (4), and wherein the stator-side control device (4) is configured to measure the amount of energy based on the input -To calculate the signal and to supply this amount of energy to the transmission device (7) for transmission to the rotor-side control device (5) and to the regulating device (8). Rotationskopf (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die statorseitige Steuereinrichtung (4) konfiguriert ist, um der Übertragungseinrichtung (7) wenigstens einen Sollwert zur Regelung des Arbeitsorgans (6), vorzugsweise einen Temperatursollwert und/oder Zustandswert, zur Übertragung auf die rotorseitige Steuereinrichtung (5) und ggf. die Regeleinrichtung (8) zuzuführen.rotary head (1) after claim 6 , characterized in that the stator-side control device (4) is configured to transmit to the transmission device (7) at least one setpoint value for controlling the working element (6), preferably a temperature setpoint value and/or status value, for transmission to the rotor-side control device (5) and possibly to feed the control device (8). Rotationskopf (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskopf (1) mehrere energieverbrauchende Arbeitsorgane (6) aufweist, vorzugsweise mit einer gemeinsamen Regeleinrichtung (8) oder jeweils mit wenigstens einer eigenen Regeleinrichtung (8), wobei bevorzugt die Übertragungseinrichtung (7) konfiguriert ist, um wenigstens ein auf Basis der Istwerte aller Arbeitsorgane (6) erzeugtes Eingabe-Signal vom Rotor (3) auf den Stator (2) zu übertragen, und weiter bevorzugt um eine auf Basis aller Eingabe-Signale berechnete Energiemenge vom Stator (2) auf den Rotor (3) zu übertragen, wobei besonders bevorzugt jede Regeleinrichtung (8) konfiguriert ist, um die Energiezufuhr zu dem zugehörigen Arbeitsorgan (6) in Abhängigkeit der Energiemenge zu regeln.Rotary head (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary head (1) has a plurality of energy-consuming working elements (6), preferably with a common control device (8) or each with at least one separate control device (8), the transmission device being preferred (7) is configured to transmit at least one input signal generated on the basis of the actual values of all working elements (6) from the rotor (3) to the stator (2), and more preferably to transfer an amount of energy calculated on the basis of all input signals from To transfer the stator (2) to the rotor (3), wherein particularly preferably each control device (8) is configured to regulate the energy supply to the associated working element (6) depending on the amount of energy. Rotationskopf (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) wenigstens eine Schnittstelle (9) zur Energie- und Signalübertragung mit einer externen Einrichtung aufweist, wobei ein Sollwert zur Regelung des Arbeitsorgans (6) bevorzugt über diese Schnittstelle eingebbar und über die Übertragungseinrichtung (7) auf die Regeleinrichtung (8) übertragbar ist.Rotary head (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator (2) has at least one interface (9) for energy and signal transmission with an external device, with a setpoint for controlling the working element (6) preferably via this interface can be entered and transmitted to the control device (8) via the transmission device (7). Rotationskopf (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsorgan (6) wenigstens ein individuell regelbares Heizelement zur Heißsiegelung von heißsiegelfähigem Verpackungsmaterial aufweist, vorzugsweise jedes Arbeitsorgan (6) zwei oder vier individuell regelbare Heizelemente.Rotary head (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the working element (6) has at least one individually controllable heating element for heat-sealing heat-sealable packaging material, preferably each working element (6) has two or four individually controllable heating elements. Rotationskopf (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (7) zur kontaktlosen, vorzugsweise induktiven, Energie-und/oder Signalübertragung zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) ausgebildet ist.Rotary head (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission device (7) is designed for contactless, preferably inductive, energy and/or signal transmission between the stator (2) and the rotor (3). Rotationskopf (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (7) wenigstens einen Kontakt zur Energie- und/oder Signalübertragung zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) aufweist, vorzugsweise wenigstens einen Schleifringkontakt.Rotary head (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission device (7) has at least one contact for energy and/or signal transmission between the stator (2) and the rotor (3), preferably at least one slip ring contact. Verpackungsmaschine zum Verpacken und/oder Versiegeln von kleinstückigen Artikeln (A) in heißsiegelfähigem Verpackungsmaterial (V) umfassend wenigstens einen Rotationskopf (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.Packaging machine for packaging and/or sealing small-piece articles (A) in heat-sealable packaging material (V) comprising at least one rotary head (1) according to one of the preceding claims. Verfahren zur Regelung einer Energiezufuhr zu dem energieverbrauchenden Arbeitsorgan (6) des Rotationskopfs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei mittels der Regeleinrichtung (8) ein Istwert des Arbeitsorgans (6) erfasst wird und ein auf Basis des Istwerts erzeugtes Eingabe-Signal mittels der Übertragungseinrichtung (7) vom Rotor (3) auf den Stator (2) übertragen wird, wobei auf Basis des Eingabe-Signals eine Energiemenge berechnet und vom Stator (2) auf den Rotor (3) übertragen wird, und wobei die Energiezufuhr zu dem Arbeitsorgan (6) mittels der Regeleinrichtung (8) in Abhängigkeit der Energiemenge geregelt wird.Method for controlling an energy supply to the energy-consuming working element (6) of the rotary head (1) according to one of Claims 1 until 12 , wherein an actual value of the working element (6) is detected by means of the control device (8) and an input signal generated on the basis of the actual value is transmitted by the transmission device (7) from the rotor (3) to the stator (2), based on of the input signal, an amount of energy is calculated and transmitted from the stator (2) to the rotor (3), and the supply of energy to the working element (6) is controlled by the control device (8) as a function of the amount of energy.

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