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Ein vollautomatisch arbeitender Rohrplattenfüllautomat zur Fertigstellung von Rohrplatten für Bleiakkumulatoren füllt mittels Dosierpumpe und einer Fülldüse den ringförmigen Raum zwischen den röhrenförmigen Hüllen und den Gitterseelen einer auf einem Werkstückträger befindlichen Rohrplatte mit pastenförmiger aktiver Masse. Die in einer V-förmigen Wanne im Kreislauf bewegten Werkstückträger werden mittels Schwenkvorrichtungen und angeschlossenem Kettenvorratsband mit ungefüllten Rohrplatten geladen um sie dann den Arbeitsstationen zum Kontrollieren, Füllen, Reinigen, Verschließen, Verschweißen, Reinigen und Entladen zuzuführen.
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Stand der Technik: DE 32 07 601 C1
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Das o. g. Patent beschreibt einen vollautomatisch arbeitenden Rohrplattenfüllautomat zur Fertigstellung von Rohrplatten für Bleiakkumulatoren, der mittels Dosierpumpe und einer Fülldüse den ringförmigen Raum zwischen den rohrförmigen Hüllen und den Gitterseelen einer Rohrplatte mit pastenförmiger aktiver Masse füllt. Im allgemeinen werden 19 rohrförmige Hüllen durch eine gewebte Tasche oder eine Vliestasche gebildet. Die gefüllten Platten werden danach mittels Fußrahmenleiste verschlossen, mittels Ultraschall verschweißt, gewaschen und gepuffert. Das Magazinieren der fertigen Platten in Gestelle geschieht von Hand.
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Als Nachteile erwiesen sich folgende Schwachpunkte:
- 1. Die Teilung der Taschen ist immer nur an dem Taschenende exakt, das an der Blei-Anschlussleiste (27) eingespannt ist. Die Teilung am offenen Ende ist entweder zu groß (gespreizt) oder zu klein (gestaucht). Das führt zu folgendem Problem: Von den im Taschenmagazin übereinander liegenden Taschen wird die jeweils untere Platte zur Weiterverarbeitung mittels Schieber auf eine Metallplatte geschoben, deren Oberfläche durch Einfräsung von 19 Rillen der Rohrplatte angepasst ist. Da das Taschenende mit dem offenen Ende diese Rillenplatte zuerst berührt, besteht große Gefahr, dass sich die Rohrplatte nicht den Konturen der Rillenplatte anpasst. Die mit Rillen versehene Deckplatte, die die Rohrplatte so einspannen soll, dass die Düse einfahren kann, presst eine nicht exakt liegende Rohrplatte so, dass einige oder alle Rohrenden zerquetscht werden.
Folge: Schrottanfall und Maschinenstörung.
- 2. Nachteilig ist die Begrenzung der Taktgeschwindigkeit durch die Pastenpumpe. Die Pastenpumpe ist mit einer üblichen Steuerung aufgebaut, jedoch ohne Hydraulik (30). D. h. der Vorhub und ebenso der Rückhub werden durch Druckluft bewirkt. Die Bewegung nach rechts, mit dem das Füllen der Platte bewirkt wird, kann erst erfolgen, wenn die dem Pastenkolben zugewandte Seite fast vollständig entlüftet ist, um die erforderliche Geschwindigkeit der Paste zu erreichen. Diese Entlüftungszeit beträgt ca. 3 s bis 6 s und bestimmt dadurch die kleinstmögliche Zykluszeit der Maschine.
- 3. Beim Befüllen der Rohrtaschen entweicht ca. 50% des eingefüllten Pastenvolumens durch die Taschenporen. Da die Füllung unter hohem Druck geschieht, spritzt der anfallende Austrieb ebenso aus den Taschenporen wie aus dem ggf. vorhandenen Spalt zwischen Fülldüse und Rohrtasche. Eine Kapselung ist nur in Teilbereichen möglich. Folge: Verschmutzung des Mitarbeiters sowie der Anlagenteile und Maschinenstörungen sowie hohe Reinigungszeiten.
- 4. Der in der Maschine anfallende Pastenschlamm kann sehr schwer unter Kontrolle gebracht werden. Folge: Lange Reinigungszeiten, unvollständige Wiederverwendung des Austriebs.
- 5. Verbogene Aufhängefahnen (26) der Rohrplatte führen dazu, dass Platten nicht ordentlich transportiert und teilweise zerstört werden.
- 6. Die teilweise überfüllten offenen Rohrenden führen z. T zu Störungen beim Aufstecken der Fußrahmenleiste (37).
- 7. Das Fußrahmenleistenmagazin kann nicht vergrößert werden und fasst nur ca. 30 Fußrahmenleisten. Bei einer Zykluszeit von ca. 8 s muss nach ca. 4 Min. nachgelegt werden. Das führt zu erhöhten Stillstandszeiten.
- 8. In der Schweißstation arbeiten die 2 Sonotroden nicht gleichzeitig, sondern nacheinander, was die Zykluszeit erhöht.
- 9. Der Transport der Platten innerhalb der Maschine geschieht mittels Transportrahmen, der alle Platten gleichzeitig transportiert. Während der Bewegung des Transportrahmens nach oben, nach vorne nach unten und nach hinten können die Arbeitsstationen nicht arbeiten. Diese Zeit beträgt ca. 3,5 s. Das sind ca. 40% der Zykluszeit.
- 10. Bedingt durch die Stellung der Pumpstation zur Maschine sind sehr lange und flexible Schläuche erforderlich, die sich nach längeren Betriebszeiten aufblähen und durch mögliches Platzen eine Gefahr für den Mitarbeiter darstellen, sowie einen Qualitätsverlust für das Produkt.
- 11. Das Entladen der fertigen Platten geschieht von Hand. Aufgrund dessen und wegen der langen Wege des Mitarbeiters sowie der kleinen Magazine sind die Stillstandszeiten der Maschine sehr lang.
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Der Erfindung liegt in Anbetracht dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile eine vollautomatisch arbeitende Maschine vorzuschlagen, mit der in einfacher Weise Rohrplatten gleichbleibender Qualität störungsfrei produziert werden. Vormaterial, das aufgrund von Konturenungenauigkeiten zu Störungen führt, soll automatisch vor der Weiterverarbeitung ausgeschleust werden, um Schaden durch Störungen
und Verschwendung von Ressourcen an Blei, Paste und Kunststoff zu vermeiden.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die ungefüllten Rohrplatten von einem Kettenvorratsband (1) (Zeichnung Blatt 2) mittels Kettenmotor (2) auf 2 schräg gestellte Bleche (3) geschoben und hier durch 4 Messer (4) vereinzelt und so auf die Haltefinger (5), die Teil der Schwenkvorrichtung (6) sind, aufgehängt werden. Die Schwenkvorrichtung (6) schwenkt die Rohrplatte (10) waagerecht vor den auf dem Ladeschwenker (7) befindlichen Werkstückträger (8). Schieber (9) schiebt die Rohrplatte mit der Bleileiste (27) in Transportrichtung auf den Werkstückträger (8). Es ist wichtig, dass beim verschieben auf die mit Rillen versehenen Werkzeugträger die Gewebetasche die Rillenkonturen zuerst mit dem bestjustierten Taschenteil berührt, damit ein sicheres Einfädeln garantiert ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, eine profilierte Rolle oder einen Kamm nachzurüsten, der von oben auf die Tasche drückt und das Justieren auf die richtige Taschenteilung erzwingt. Der auf dem Ladeschwenker (7) befindliche, mit einer ungefüllten Rohrplatte bestückte Werkstückträger wird in die z. B. V-Förmige Wanne (11) geschwenkt. In der Wanne hängen nebeneinander auf Gleitschienen alle sich in einem Kreislauf befindlichen Werkstückträger. Durch seitliches Bewegen der Werkzeugträgerreihe wird jede Platte der jeweils nächsten Arbeitsstation zugeführt.
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Die Arbeitsstationen sind in folgender Reihenfolge vorgesehen:
- 1. Ladestation;
- 2. Prüfstation
- 3. ggf. Ausschleusstation
- 4. Füllstation
- 5. Station zum Ausspülen der überfüllten offenen Rohrenden
- 6. Station zum Aufstecken und Aufschlagen der Fußrahmenleiste
- 7. Schweißstation
- 8. zweite Schweißstation
- 9. Waschstation
- 10. Entladestation.
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Das Maschinenkonzept (Zeichnung Blatt 1) ermöglicht eine modulare Erweiterung.
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Die Positionen der Lade- und Endladestation kann dem Betriebslayout flexibel angepasst werden. Es können Arbeitsstationen sowie Leerstationen zugefügt werden. Durch eine Verlängerung der Wanne und Zufügen von Leerstationen können die Platten z. B. durch einen Kühlkanal geschoben werden, in dem eine vorher auf die Taschenoberfläche aufgebrachte Flüssigkeit gefriert und eine glatte, die Poren verschließende Eisschicht bildet, was das Füllen von sehr langen Taschen, oder die Verwendung von Paste mit weniger Wasseranteil, ermöglicht.
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An beiden Enden der Transportschienen ist jeweils eine Drehvorrichtung (13) angebracht, die beide Transportschienenpaare (14) zur gegenüberliegenden Seite der Wanne (11) schwenkt. Die Drehvorrichtungen drehen also gegensinnig, sodass immer eine Transportstrecke auf einer Wannenseite um 2 Werkstückträger länger ist, um die seitliche Bewegung der auf einer Seite der Wanne befindlichen Werkstückträger zu ermöglichen. Nach dem seitlichen Bewegen der Werkstückträger auf einer Seite schwenken die zwei Drehvorrichtungen zurück, sodass die Bewegung der Werkstückträger auf der anderen Seite möglich ist. Die Drehvorrichtungen führen bei ihren Drehbewegungen jeweils einem Gleitschienenstrang einen mit einer Platte bestückten Werkstückträger zu und auf der Gegenseite verlängern sie den Gleitschienenstrang um Werkstückträgerbreite, um die Verschiebung der Werkstückträger zu ermöglichen.
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Beschreibung der Kontrollstation:
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Eine Probedüse wird in die offenen Rohrenden eingefahren. Ist die Position eines Rohrendes oder die mehrerer Rohrenden nicht exakt, kann die Probedüse nicht einfahren. Ein Signal aktiviert nach der seitlichen Bewegung der Werkstückträger die Ausschleusstation oder deaktiviert die Arbeitsstationen für die betreffende Platte.
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Beschreibung der nachrüstbaren Ausschleusstation:
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Der Werkstückträger wird ausgeschwenkt, die Platte abgeschoben. Von Hand kann die Platte nach Berichtigung der Konturen wieder der Beladung zugeführt werden. Optional kann die fehlerhafte Platte in ein Ausschussband entladen werden. Diese Station funktioniert wie die Entladestation.
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Beschreibung der Füllstation (Zeichnung Blatt 3):
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Nach der seitlichen Bewegung der Werkstückträger wird eine mit Rillen versehene Druckplatte (32) gegen die in der Füllstation auf einem Werkstückträger befindliche Platte gedrückt. Dadurch sind die Rohrenden optimal positioniert und das vorzeitige Austreten von Wasser aus dem Pastengemisch wird behindert. Die Druckplatte (32) kann die Entwässerung der Paste gezielt beeinflussen. Im Taschenteil, welcher der Düse am nächsten ist, kann durch Umschließen des Werkstückträgers der Wasseraustritt verringert werden. Im unteren Teil kann durch Bohrungen oder Schlitze ebenso der Wasseraustritt und damit die Dichte beeinflusst werden. Das Einführen der Düsen kann durch Anheben des Werkstückträgers oder durch Absenken der Düse geschehen. Das ermöglicht den Einsatz von stabilen Metallrohren, die nicht platzen, nicht verschleißen und sich nicht aufblähen.
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Funktionsprinzip der vorgeschlagenen Pastenpumpe:
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Beim Ansaugen der Paste bleiben die Druckverhältnisse auf beiden Seiten des Luftkolbens bestehen. D. h. ca. 10 bar auf der linken Seite und nur 1 bar auf der rechten Seite. Die für den Saughub erforderliche Bewegung wird z. B. hydraulisch erzeugt, z. B. zieht eine Klaue gegen den bestehenden Luftdruck von z. B. 10 bar die durchgehende Kolbenstange des Luftzylinders nach links. Der Luftraum rechts ist immer nach außen offen.
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Sofort nach erreichen der Endstellung wird die Luftleitung zum Druckbehälter geschlossen und das Leitungsstück zwischen dem Pneumatikzylinder und dem Luftbehälter ca. 1 s entlüftet. Die hydraulisch bewegte Klaue wird sofort nach rechts geschoben, um den nächsten ”Pastenschuss” freizugeben. Der Luftraum rechts darf vor dem Öffnen der Pneumatikventile, die den Pastenfüllvorgang bewirken, nur 1 bar betragen. Würde der Luftzylinder mit Druckluft nach links bewegt, müsste der Luftraum entlüftet werden, was ca. 5 s betragen würde. Das würde die Zykluszeit der Pumpstation um ca. 4 s erhöhen.
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Bewegungsablauf nach dem Startbefehl:
- 1. Ventil (24) öffnet, der Zylinder fährt nach rechts. Die Paste wird mit hoher Geschwindigkeit gepumpt.
- 2. Ventil (28) schließt.
- 3. Ventil (29) öffnet. Die Pumpe ist bereit für den Saugvorgang.
- 4. Hydraulikzylinder (30) zieht die Kolbenstange nach links. Die Paste wird langsam angesaugt.
- 5. Ventil (24) schließt.
- 6. Ventil (23) öffnet und schließt nach ca. 1,5 s.
- 7. Ventil (28) öffnet.
- 8. Ventil (29) schließt.
- 9. Der Hydraulikzylinder (30) fährt nach rechts. Die Pumpe ist schussbereit.
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Nach dem Füllen wird die Düse (31) von der Platte getrennt und die Druckplatte (32) fährt zurück. Die Pumpstation kann aufgrund der kompakten Bauweise des Rohrplattenfüllautomaten mit ihrer Druckseite sehr nah an der Füllstation platziert werden. Dadurch können die Paste führenden Leitungen von der Pumpstation zur Fülldüse als relativ kurze, gleichförmig gebogene Metallrohre (33) ausgeführt werden.
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Beschreibung der Station zum Ausspülen der überfüllten offenen Rohrenden:
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Die z. T. überfüllten Rohrenden werden mit Spritzwasser frei gespült, damit das Aufstecken der Fußrahmenleiste nicht zu Störungen führt.
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Beschreibung der Station zum Aufstecken und Aufschlagen der Fußrahmenleiste (Zeichnung Blatt 4):
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Die auf einer schrägen Platte (38) geordnet liegenden Fußrahmenleisten werden mittels Greifer (35) auf die freiliegenden Rohrenden geschwenkt und von einem Hammer (34) aufgeschlagen. Das Magazin kann 2 Reihen von ca. 60 Fußrahmenleisten beinhalten. Alternative:
Das Verschließen der Endrohre kann auch dadurch geschehen, dass nach Absenken des Pastenspiegels durch ausbohren oder absaugen um ca. 5 bis 8 mm der entstehende Freiraum mit thermoplastischem Kunststoff ausgefüllt wird. Das bekannte Verfahren bietet sich bei diesem Maschinenkonzept an, da die Rohrenden aufrecht stehen, und weil trotz schnellem Maschinenzyklus in den nachfolgenden Stationen durch Andrücken von gekühlten Passstücken ein Aushärten durch Abkühlen möglich ist. Die Station zum Ausspülen der Rohrenden würde dann umfunktioniert. Dieses Verfahren ist vermutlich billiger. Die Fußleistenmagazine ebenso wie die Schweißstationen wären nicht erforderlich.
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Beschreibung der Schweißstationen (Zeichnung Blatt 5 und 6):
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Eine Ultraschallschweißanlage bringt eine auf die Fußrahmenleisten zugeschnittene Sonotrode (36) zum Schwingen, welche auf die Rohrenden gedrückt wird. Das Material der Fußrahmenleisten wird dabei teigig und verkettet sich mit dem Taschengewebe bzw. Vlies.
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Es werden 2 Schweißstationen hintereinander vorgesehen, um gleichzeitiges Arbeiten zu ermöglichen und dadurch die Zykluszeit zu minimieren.
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Beschreibung der Waschstation (Zeichnung Blatt 1):
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Das Waschen der gefüllten Platte geschieht auf der Oberseite mittels Wasserdüse. Die Unterseite wird durch kippen freigelegt und auch mittels Wasserstrahl gereinigt.
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Beschreibung der Entladestation (Zeichnung Blatt 7):
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Diese Station funktioniert wie die Beladestation, jedoch in umgekehrter Reihenfolge. Die auf den Haltefingern (5) hängende Platte muss mittels Kraftspanner (17) auf die Gleitbleche (40) und danach auf die Ketten des bereitgestellten Transportgestells geschoben werden. Das kann mittels handelsüblichem Kraftspanner geschehen. Die Kette wird mittels Freilauf (39) nach jedem Zyklus um 1,5 Plattenstärken weiter getaktet, um keinen Druck aufzubauen.
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Sämtliche Bewegungen sind koordiniert durch eine Steuerzentrale in funktioneller Verknüpfung zueinander. Nach der seitlichen Bewegung der auf einer Seite befindlichen Werkstückträger starten alle auf dieser Seite befindlichen Arbeitsstationen ebenso wie die Drehstationen zugleich. Nachdem die letzte Arbeitstation wieder die Nullstellung erreicht hat, kann die seitliche Bewegung gestartet werden. Die Aktivität der Arbeitsstationen ist nur für den Zeitraum der Verschiebung der Werkstückträger unterbrochen. Die Zykluszeit ist daher extrem kurz.
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Die enorme Verbesserung der Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu der im Patent
DE 32 07 601 C1 beschriebenen Maschine wird im wesentlichen erreicht durch:
- • Wegfall der durch nicht maßhaltiges Vormaterial verursachten Störungen
- • hohe Maschinenverfügbarkeit
- • Schonung von Ressourcen durch die Kontrollstation
- • das einfache übersichtliche Maschinenkonzept
- • die Kapselung der Schmutz produzierenden Bereiche und damit saubere Maschinenteile, geringe Reinigungszeiten, Schutz des Mitarbeiters
- • große Magazine
- • kurze Wege des Mitarbeiters aufgrund seiner zentralen Position zwischen Beladestation, Entladestation und Fußleistenmagazin
- • die Zykluszeit von schätzungsweise 5,5 s
- • Eine bis heute nicht erreichbare Qualität der Füllung, möglich gemacht durch gezielte und steuerbare Entwässerung der Paste
- • Energie- und damit Kostenersparnis, durch hydraulische statt pneumatische Kolbenbewegung des Füllzylinders
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Die verwendeten Nummern in den obigen Beschreibungen und den folgenden 7 Zeichnung beziehen sich auf diese Begriffe:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kettenvorratsband
- 2
- Motor
- 3
- Bleche
- 4
- Messer
- 5
- Haltefinger
- 6
- Ladeschwinge
- 7
- Schwinge
- 8
- Werkstückträger
- 9
- Schieber
- 10
- Rohrplatte
- 11
- Wanne
- 12
- Gleitschienen
- 13
- Drehgestell
- 14
- drehbares Schienensegment
- 15
- Schubstange
- 16
- Entladeschwenker
- 17
- Kraftspanner
- 18
- Kontrollstation
- 19
- Pastenpumpe
- 20
- pneumatischer Zylinder
- 21
- Druckseite
- 22
- Luftbehälter
- 23
- Entlüftungsventil
- 24
- Belüftungsventil
- 25
- Rohrtasche
- 26
- Aufhängefahne
- 27
- Blei-Anschlussleiste
- 28
- Pastenventil
- 29
- Pastenventil
- 30
- Hydraulikzylinder
- 31
- Düse
- 32
- Druckplatte
- 33
- Pastenrohre
- 34
- Hammer
- 35
- Greifer
- 36
- Sonotrode
- 37
- Fußrahmenleiste
- 38
- Magazin für Fußrahmenleisten
- 39
- Freilauf
- 40
- Gleitbleche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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