DE4222203C2 - Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung zum Bereitstellen von Umhüllungs-Blättern - Google Patents

Description

Die Erfindung wird in kontinuierlich arbeitenden Verpackungs­ maschinen angewendet und betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung zum Bereitstellen von Umhüllungs-Blättern, die von einer von einer Verpackungsmaterial-Vorratsrolle ab­ gewickelten Verpackungsmaterial-Bahn abgetrennt werden, mit einer aus einem Paar von Rollen bestehenden Vorschubeinrich­ tung, wobei die Rollen von einem Elektro-Schrittmotor gedreht werden und die Bahn dadurch vorgeschoben wird, mit einer mit einem drehbar gelagerten Messer bestückten Querschneidein­ richtung, die Blätter von der Bahn abtrennt, und mit einer programmierbaren elektronischen Steuerung für den Schrittmo­ tor, welche die Drehbewegung der Vorschubrollen derart steu­ ert, daß nach einem Drehstop der Vorschubrollen ein Zurück­ drehen der Vorschubrollen zum Zurückziehen der Bahn durch die Steuerung bewirkt wird und daß die Drehzahl der Vorschub­ rollen durch die Steuerung so eingestellt wird, daß die Blattlänge einem von außen einstellbaren Wert entspricht.

Nach der DE-A 32 15 444 ist eine Vorrichtung zum Korrekturre­ geln eines mit Druckmarken versehenen Verpackungsmaterialban­ des bekannt. Das Packmittel wird durch ein Walzenpaar geför­ dert. Der Antrieb des Walzenpaares erfolgt durch ein Wechsel­ radgetriebe, wobei zwischen dem Wechselradgetriebe und dem Walzenpaar ein Ausgleichsgetriebe angeordnet ist, dessen Drehzahl dem Wechselradgetriebe überlagert ist. Das Aus­ gleichsgetriebe wird durch einen Gleichstrommotor angetrie­ ben. Die Stellung der Druckmarke zum Sollwert wird mittels eines optoelektronischen Abtastkopfes in Verbindung mit Im­ pulsgebern an der Eintourenwelle der Maschine erfaßt. Weicht die Lage der Druckmarken vom Sollwert ab, wird die Drehzahl der Abzugswalzen durch einen elektronischen Regler über den Gleichstrommotor und das Ausgleichsgetriebe erhöht oder ver­ mindert, bis eine Übereinstimmung der Lage der Druckmarken mit dem Sollwert erreicht ist. Wird bedingt durch For­ matumstellung im Einwickelprozeß, eine Länge der Pack­ mittelabschnitte benötigt, so sind die entsprechenden Wech­ selräder im Wechselradgetriebe auszutauschen.

Der mechanische Aufwand und der Zeitaufwand zur Formatumstel­ lung ist sehr hoch. Den hohen Ansprüchen der modernen Verpackungs­ industrie, hinsichtlich Druckbildzentrierung und Pack­ mittelabschnittslänge, wird diese Vorrichtung ebenfalls nicht gerecht. Darüber hinaus sind für die Unterbrechung der Pack­ mittelzufuhr bei Fehlen von Packgut an der Einwickelstation überwiegend gesonderte Vorrichtungen erforderlich. Da dieses Problem sehr kompliziert ist, sind hierfür eine Vielzahl von Lösungen bekannt, bei denen eine der Abzugswalzen abge­ schwenkt und zur Fortsetzung des Packmittelabzuges wieder auf das Packmittel aufgesetzt wird. Die Schwenkbewegung der Ab­ zugswalze erfolgt überwiegend mittels Kurvenscheiben und Klinkenmechanismen.

In der DE-A 39 36 869 ist eine Vorrichtung zur Unterbrechung der Packmittelzufuhr beschrieben, die aus zwei auf einer Achse um 180° zueinander versetzten Kurvenscheiben besteht, denen Hebel und Steuerelemente zugeordnet sind, die das Ab­ schwenken einer Abzugswalze bewirken, wenn kein Packgut an der Einwickelstation vorhanden ist und demzufolge kein Pack­ mittelabschnitt zugeführt werden darf.

Diese Vorrichtungen besitzen jedoch Leistungsgrenzen. Bei Hochleistungsverpackungsmaschinen treten häufig Störungen in der Packmittelzuführung ein. So ist ein Nachlaufen des Pack­ mittels nach dem Abheben der Abzugswalzen, bedingt durch Masse­ trägheit, nicht völlig auszuschließen, was zur Schnipsel­ bildung und damit zu Störungen im Verpackungsprozeß führt. Um die Gefahr des Schnipselns zu mindern, wurde der Zeitpunkt für das Abheben und Aufsetzen der Abzugswalze so gewählt, daß der letzte Packmittelabschnitt vor dem Abheben und der erste Abschnitt nach dem Aufsetzen der Abzugswalze verkürzt werden, was jedoch wiederum zur Qualitätsminderung der Packungen bzw. zu erhöhtem Packmittelverbrauch führt. Der erhöhte Packmit­ telverbrauch ergibt sich daraus, daß eine übermäßige Überlappung der Packmittelenden am Packgut gewählt werden muß, um einen ausreichenden Einschlag des Gutes bei verkürz­ ten Packmittelabschnitten zu erreichen, die jedoch bei unun­ terbrochenem lauf der Packmaschine nicht notwendig wäre.

Diese Probleme treten ferner bei jedem Stopp und Wiederanlauf der Verpackungsmaschine auf. Erschwerend für eine exakte Ein­ stellung wirkt, daß in der Regel mindestens eine der beiden Abzugswalzen mit einem elastischen Belag versehen ist.

Aus der DE-OS 38 40 231 ist eine Steuerung für den Antrieb von Verpackungsmaschinen bekannt, die Gegenstände in schlauchförmige Folie einhüllen und nach jeder Packung eine Quersiegelung durchführen. Hier wird sowohl der Motor zum Zu­ führen des Verpackungsmaterials als auch der Motor zum Durch­ führen der Versiegelung allmählich abgebremst, falls eine Ab­ wesenheit Gegenständen auf dem Förderer eintritt und man bei diesem Zustand erwartet, daß Leerpakete gebildet werden. An­ schließend wird mit allmählicher Beschleunigung an der Stelle, bei der die nacheinander zugeführten Gegenstände die Anzahl der abwesenden Gegenstände kompensiert hat, wieder ge­ startet.

Diese Steuerung ist bei kontinuierlich laufenden Verpackungs­ maschinen nicht einsetzbar. Der Grund dafür ist, daß bei ent­ sprechendem Signal das Packmittel gebremst werden müßte. Durch dessen Trägheit würde das Packmittel auch in der Phase des Bremsens noch ein Stück gefördert werden. Bei der näch­ sten Umdrehung würde das kontinuierlich laufende Messer das überhängende Ende des Packmittels abschneiden. Das führt zu Materialverlust und zum Verschmutzen der Maschine. Beim Wie­ deranlaufen der Verpackungsmaschine wiederum ist das vorge­ schobene Stück zu kurz, so daß es zu Fehlpackungen kommt.

Durch die DE-A 31 14 470 ist eine Vorrichtung zum Abschneiden von Blättern von einer Bahn bekannt, die von einer Vorrats­ rolle mittels durch einen Schrittmotor intermittierend ange­ triebene Abzugswalzen, abgezogen wird. Die absatzweise vorge­ schobenen Abschnitte werden durch eine Querschneideinrichtung abgetrennt, die eine Schwenkbewegung ausführt und ebenfalls durch einen Schrittmotor angetrieben wird. Ferner sind Ein­ richtungen zum Weitertransport der Abschnitte vorgesehen.

Diese Vorrichtung eignet sich jedoch nur für Verpackungsma­ schinen mit niedriger Taktzahl. Für einen direkten kontinu­ ierlichen Packmittelabzug im Hochleistungsbereich von 1000 und mehr Takten pro Minute ist diese Vorrichtung nicht ge­ eignet, da die zur Synchronisation erforderliche Dynamik bei Leertakt, Anlauf und Abtouren nicht erreicht würde. Zum Bei­ spiel treten bei einer Maschinentaktzahl von 1000 Takten und einer Abschnittslänge von 75 mm bei der Synchronisation nach einem Leertakt Last-Beschleunigungsmomente von 5 bis 6 Nm auf. Damit der Schrittmotor nicht außer Tritt fällt und Schritte verliert, muß die Startfrequenz zur Beschleunigung im Start-Stop-Betrieb auf etwa 2 kHz reduziert werden. Zur Synchronisation und zur Erreichung der dazu erforderlichen Dynamik wären jedoch etwa 12 kHz erforderlich. Nicht berück­ sichtigt wurde dabei das Moment für die Bobinen­ beschleunigung.

In der DE-A 31 14 470 wurde diese Antriebsbelastung durch eine freischwebende Vorratsschlaufe umgangen unter Inkauf­ nahme der bekannten Nachteile des Verlaufens der Bahn durch die undefinierte Ausgangslage und der statischen Aufladung, insbesondere bei Folien.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die Nachteile des Standes der Technik zu mindern und zu erreichen, daß der Einwickelstation einer kontinuierlich arbeitenden Verpackungs­ maschine im Hochleistungsbereich Packmittelabschnitte vorher bestimmter, jedoch frei wählbarer Länge, auch dann stets zum richtigen Zeitpunkt und in der richten Länge direkt zugeführt werden, wenn wegen des Fehlens einzelner Packstücke die Zufuhr der Packmittelabschnitte zeitweise unterbrochen werden muß.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Mes­ ser kontinuierlich und synchron zur Drehzahl der Verpackungs­ maschine umläuft, daß die Vorschubrollen bei lückenlosem Packstückstrom in der Verpackungsmaschine ebenfalls kontinu­ ierlich umlaufen, daß im Falle des Fehlens eines Packstückes die Vorschubrollen innerhalb eines Taktes abgebremst und min­ destens um einen Betrag, der der durch die Trägheit der Vor­ schubeinrichtung zu viel vorgeschobenen Bahnlänge entspricht, zurückgedreht werden, und daß dann, wenn wieder Packstücke ankommen, während eines einzigen Taktes die Vorschubrollen erneut gestartet und kurzzeitig auf eine Drehzahl beschleu­ nigt werden, die höher liegt als die Drehzahl für kontinuier­ lichen Betrieb, woraufhin, nachdem der wegen des Beschleuni­ gungsvorganges zu geringe Bahnvorschub kompensiert ist, die Geschwindigkeit noch im selben Takt auf den Wert für kontinu­ ierlichen Betrieb abgesenkt wird.

Die gewünschte Abzugslänge kann in "mm" eingestellt werden. Die der gewählten Abzugslänge entsprechende Drehzahl der Ab­ zugswalzen wird bei der Wahl einer größeren Abzugslänge innerhalb eines Maschinentak­ tes hochgeregelt bzw. bei der Wahl einer geringeren Abzugs­ länge vermindert. Es ist so für das Bedienungspersonal auf einfache Weise möglich, bei Formatumstellung oder auch während des Einwickelprozesses eines bestimmten Gut-Formates die länge der Packmittelabschnitte stets der objektiv günstigsten Ab­ schnittslänge anzupassen. Dies führt insbesondere dann, wenn das Packmittel nicht mit Druckmarken versehen ist, zu erheb­ lichen Packmitteleinsparungen. Jeglicher mechanischer Auf­ wand, wie der Austausch von Wechselrädern, entfällt.

Die Änderung der Länge des Packmittelabschnittes ist in jeder Phase des Verpackungsprozesses und während des Laufs der Ma­ schine ohne Arbeitsunterbrechung möglich.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Packmittelzuführung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Packmittelsteuerung,

Fig. 3 den Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf des Packmittelabzu­ ges bei fehlendem Packgut (spontaner Leertakt).

In Fig. 1 ist die Packmittelzuführung einer Bonbonverpackungs­ maschine schematisch dargestellt. Das Packmittel 1 wird von einer Bobine 2, über Umlenkrollen 3 geführt, von den Ab­ zugswalzen 4, 4′ abgezogen. Von der Bobine 2 wird ein wahl­ weise mit Druckmarken 5 versehenes Packmittel 1 verarbeitet. Von einer zweiten Bobine 6 kann den Abzugswalzen 4, 4′ ein Innenstreifen 7 zugeführt werden. Es ist auch möglich, die Bobine 6 für Packmittelwechsel zu verwenden. Den Abzugswalzen 4, 4′ ist eine rotierende Messerwelle nachgeordnet, die ein Messer 9 trägt, das mit einem stationären Messer 10 zusammen wirkt. Unterhalb der Schneideinrichtung 9, 10 befindet sich ein umlaufendes Greiferrad 11, das mit einem Vereinze­ lungsteller 12 in Wirkverbindung steht.

Der Messerwelle 8 (Maschinendrehzahl) ist ein Inkrementalge­ ber 13 zugeordnet. Zur Erfassung des Schnittzeitpunktes ist ein geeigneter Sensor 14 installiert.

Zur Ermittlung der Lage der Druckmarken 5 ist zwischen den Umlenkrollen 3 eine Druckmarkenabtasteinrichtung 15 vorgese­ hen.

Das Greiferrad 11 ist zum Erfassen und zum Fördern von Bon­ bons B mit Haltearmen 16 bestückt. Den Haltearmen 16 ist im Bereich zwischen der Entnahme der Bonbons B aus dem Vereinze­ lungsteller 12 und der Zuführung der Packmittelabschnitte 17 ein Sensor 18 zur Überwachung des Vorhandenseins von Bonbons B zwischen den Haltearmen 16 zugeordnet. Direkt an die Welle der Abzugswalze 4′ angreifend ist ein hochdynami­ scher Antrieb 19, der erfindungsgemäß als Servomotor ausge­ führt ist, angelenkt. In dem Antrieb 19 ist ein weiterer In­ krementalgeber installiert.

Die durch die Meßstellen 13, 14, 15, 18 und durch den Antrieb 19 erfaßten Ist-Werte sowie die Sollwerte, werden in einer speicher-programmierbaren Steuerung (SPS) 20 bewertet und der Antrieb 19 zur Erreichung der Sollwerte entsprechend ange­ steuert. In dem Blockschaltbild gemäß Fig. 2 ist die Verknüp­ fung der Packmittelsteuerung dargestellt. Die notwendige Software ist in die SPS 20 integriert und entsprechend pro­ grammiert. Mit dem Einschalten der Verpackungsmaschine, der Funktion "Start", werden die Ist- Zustände, wie Maschinen­ drehzahl (IGR Messerwelle) durch den Inkrementgeber 13, die Drehzahl der Abzugswalze 4′ (IGR Packmittelabzug) durch den im Antrieb 19 installierten Inkrementalgeber und die am Be­ dienungstableau 21 eingestellte länge des Packmittelabschnit­ tes (Abschnittslänge) von der SPS 20 abgefragt.

Ferner werden ermittelt: Vorhandensein von Packgut B (Leertakt) durch den Sensor 18, die Lage der Druckmarke 5 (Optikkopf) mittels der Druckmarkenabtasteinrichtung 15 sowie die Stellung des Messers 9 durch den Sensor 14. Aus diesen Werten, die alle einemal pro ms verglichen werden, wird in der SPS 20 die notwendige Bewegungsfunktion des Antriebes 19 errechnet und über einen Leistungsregler 22 der Antrieb 19 entsprechend beeinflußt. Bei 1200 Takten und einer Abzugslänge von 70 mm steht pro Takt eine Zeit von 50 ms zur Verfügung.

Im einzelnen laufen die Funktionen wie folgt ab: Kein Packgut vorhanden - Leertakt.

Wird durch den Sensor 18 festgestellt, daß kein Packgut B zwischen den Haltearmen 16 vorhanden ist, wird die Informa­ tion "j", Leertakt vorhanden, ausgegeben. Der Leistungsregler 22 wird entsprechend des im Programm vorgesehenen Ablaufs beaufschlagt. Es erfolgt ein Abbremsen des Antriebes 19, bis zur Geschwindigkeit 0, eine Umkehr der Drehrichtung, wobei der Rückfahrweg inkremental erfaßt wird und anschließende Stillsetzung. Die zurückgezogene Länge wird auf die nächste Abzugslänge aufgeschlagen. Es ist auch möglich, die nach dem erfolgten Schnitt des vorhergehenden Packmittelabschnittes vorgelaufene Packmittellänge inkremental zu erfassen und das Packmittel vor dem nächsten Schnitt in eine definierte Aus­ gangslage hinter die Messerkante zu bringen. Der Bewegungs­ verlauf des Antriebes 19 und damit der Abzugswalzen 4, 4′ ist aus dem Kurvendiagramm gemäß Fig. 3 ersichtlich.

Dieser Ablauf muß innerhalb eines Taktes beendet sein. Bei der nächsten Abfrage des Sensors 14 wird auch der Sensor 18 wieder abgefragt. Ist kein Bonbon B vorhanden, so bleibt die Stellung Vo des Antriebes 19 erhalten. Bei Vorhandensein ei­ nes Bonbons B wird die Funktion "Start" ausgelöst und die Be­ schleunigung des Antriebes 19 so geregelt, daß innerhalb des Folgetaktes Synchronisation mit der vorgegebenen Abzugslänge erreicht wird. Dabei wird die bis zur Messerkante fehlende Packmittellänge, wie dies aus Fig. 3 in dem Takt zwischen t1 und t2 ersichtlich ist, durch kurzzeitige Überhöhung der Ab­ zugsgeschwindigkeit ausgeglichen.

Druckbildzentrierung

Die Korrektur der Drehzahl der Abzugswalzen 4, 4′ für die Druckbildzentrierung durch den Antrieb 19 erfolgt durch die Verknüpfung der Ausgangssignale der Druckmarkenabtasteinrich­ tung 15 und des Sensors 14, der den Schnittzeitpunkt regi­ striert. Sind beide Werte "logisch 1", so wird die Drehzahl nach "plus" korrigiert. Ergibt jedoch die Verknüpfung beider Ausgangssignale den Wert "logisch 0", wird durch die SPS 20 über den Leistungsregler 22 eine nach "minus" korrigierte Drehzahl an den Antrieb 19 ausgegeben. Dadurch wird ein Pendeln des Druckbildes auf dem Packmittel 1 um eine Kante der Druckmarke 5 im Bereich von Zehntel-Millimetern erreicht. Die Lage des Druckbildes auf dem Bonbon kann somit in Abhän­ gigkeit von der Anordnung der Druckmarkenabtasteinrichtung 15 und des Sensors 14, bezogen auf den Zeittakt, entsprechend einer bestimmten Vorgabe, fixiert werden.

Änderung Packmittel - Abschnittslänge

Wird bei Umstellung auf ein anderes Packgut (Formatumstellung) oder aus anderen Gründen eine Änderung der Abzugslänge des Packmittelabschnittes benötigt, dann wird die gewünschte Abzugslänge über einen in Millimeter geeichten Wahlschalter am Bedienungstableau 21 eingegeben. Durch Ausle­ sen des Wahlschalters, durch Einbeziehung des Umfanges der Abzugswalze und unter Einbeziehung der Taktzahl durch Auswer­ tung des Inkrementalgebers 13 der Messerwelle, wird, gemäß nachstehender Beziehung die erforderliche Drehzahl des An­ triebes 19 durch die SPS 20 ermittelt und über den Leistungsregler 22 ausgeregelt.

Bei Vergrößerung der Abzugslänge führt der mit der Abzugs­ walze 4′ verbundene Antrieb 19 die Drehzahl nach, bis das In­ krementeverhältnis zwischen dem Inkrementalgeber 13 und dem Inkrementalgeber innerhalb des Antriebes 19, dem errechneten entspricht. Bei Verkürzung der Abzugslänge wird die Drehzahl entsprechend vermindert. Durch sehr kurze Vergleichsinter­ valle und eine hohe Inkrementeauflösung wird die geforderte Synchronisation kurzfristig erreicht.

Damit ist es möglich, jede gewünschte Abzugslänge während des Laufes der Verpackungsmaschine, ohne Unterbrechung des Ver­ packungsprozesses innerhalb eines Arbeitstaktes, zu realisie­ ren.

Claims (1)

1. Verfahren zum Steuern einer Vorrichtung zum Bereitstellen von Umhüllungs-Blättern, die von einer von einer Verpackungsmate­ rial-Vorratsrolle abgewickelten Verpackungsmaterial-Bahn ab­ getrennt werden, mit einer aus einem Paar von Rollen beste­ henden Vorschubeinrichtung, wobei die Rollen von einem Elek­ tro-Schrittmotor gedreht werden und die Bahn dadurch vorge­ schoben wird, mit einer mit einem drehbar gelagerten Messer bestückten Querschneideinrichtung, die Blätter von der Bahn abtrennt, und mit einer programmierbaren elektronischen Steuerung für den Schrittmotor, welche die Drehbewegung der Vorschubrollen derart steuert, daß nach einem Drehstop der Vorschubrollen ein Zurückdrehen der Vorschubrollen zum Zu­ rückziehen der Bahn durch die Steuerung bewirkt wird und daß die Drehzahl der Vorschubrollen durch die Steuerung so einge­ stellt wird, daß die Blattlänge einem von außen einstellbaren Wert entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Messer kontinuierlich und synchron zur Drehzahl der Ver­ packungsmaschine umläuft, daß die Vorschubrollen bei lücken­ losem Packstückstrom in der Verpackungsmaschine ebenfalls kontinuierlich umlaufen, daß im Falle des Fehlens eines Pack­ stückes die Vorschubrollen innerhalb eines Taktes abgebremst und mindestens um einen Betrag, der der durch die Trägheit der Vorschubeinrichtung zu viel vorgeschobenen Bahnlänge ent­ spricht, zurückgedreht werden, und daß dann, wenn wieder Packstücke ankommen, während eines einzigen Taktes die Vor­ schubrollen erneut gestartet und kurzzeitig auf eine Drehzahl beschleunigt werden, die höher liegt als die Drehzahl für kontinuierlichen Betrieb, woraufhin, nachdem der wegen des Beschleunigungsvorganges zu geringe Bahnvorschub kompensiert ist, die Geschwindigkeit noch im selben Takt auf den Wert für kontinuierlichen Betrieb abgesenkt wird.