DE4438718A1 - Vorrichtung in einer Verpackungsmaschine, zum Vorschieben und Formen eines Massestranges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in einer Verpackungs­ maschine, zum Vorschieben und Formen eines Massestranges, insbe­ sondere einer Weichkaramellenmasse, mit Vorschubwalzen zu einer Schneidvorrichtung, die den Massestrang in eine Vielzahl von im wesentlichen gleichgroßen Stücken zerteilt und die im Takt von mindestens einer sich anschließenden Einwickelvorrichtung arbei­ tet, welche die Stücke einzeln in Packmittelabschnitte ein­ schlägt und/oder gruppenweise in Päckchen verpackt. Die Erfin­ dung hat auch ein Verfahren zum Steuern des Vorschubantriebes für eine solche Maschine zum Gegenstand.

Bei den bekannten Maschinen werden die Einwickelvorrichtungen und die Vorschubvorrichtung für den Massestrang vom gleichen Hauptantriebsmotor angetrieben, um bei den hohen Verpackungsge­ schwindigkeiten einen genauen Synchronlauf aller Aggregate zu gewährleisten.

Bei bestimmten Verpackungsgütern, insbesondere bei Weichkaramel­ len, verändert sich jedoch die Konsistenz des zugeführten, weichplastischen Massestranges infolge Änderung der Materialzu­ sammensetzung, der Feuchtigkeit oder der Umgebungstemperatur. Dies hat zur Folge, daß sich die Vorschublänge des Massestranges je Zeiteinheit ändert und die abgeschnittenen Stücke in ihrer Länge nicht mehr dem Sollwert entsprechen. Dies führt dann zu Schwierigkeiten beim Einwickeln und Verpacken der einzelnen Stücke, vor allem aber haben diese Stücke dann nicht mehr das vorgeschriebene Sollgewicht.

Um kleine Längenänderungen der abgeschnittenen Stücke zu kompen­ sieren, werden manuell zu verstellende Mehrstufengetriebe einge­ setzt, mit denen die Vorschubgeschwindigkeit des Massestranges während des Maschinenlaufes stufenweise verändert werden kann. Mit diesen Getrieben können jedoch nur geringe Längenänderungen der einzelnen Stücke bis zu 1 mm vorgenommen werden. Bei größe­ ren Längenänderungen ist es erforderlich, das Getriebe für den Vorschubantrieb umzubauen und Getrieberäder auszuwechseln, um die Vorschubgeschwindigkeit des Massestranges dessen veränderter Konsistenz anzupassen und wieder die richtige Stücklänge zu er­ reichen, die dem gewünschten Stückgewicht entspricht. Für diesen Umbau muß die gesamte Verpackungsmaschine stillgesetzt werden, was zu einem Produktionsausfall führt, ganz abgesehen von den Mühen und Kosten, die mit dem Umbau der Maschine verbunden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verpackungsmaschine der ein­ gangs näher erläuterten Art so auszubilden, daß diese auch im Hochleistungsbetrieb während des Maschinenlaufs an Änderungen in der Materialbeschaffenheit und in der Konsistenz des zugeführten Massestranges angepaßt werden kann, wobei die Vorschubeinrich­ tung so gesteuert wird, daß auch bei Änderung der Materialbe­ schaffenheit oder der Konsistenz die vorgeschriebene Produkt­ länge bzw. das korrekte Stückgewicht automatisch eingehalten wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Verpackungsmaschine nach der Erfin­ dung durch einen vom Hauptantrieb der Verpackungsmaschine unab­ hängigen und stufenlos regelbaren Vorschubantrieb der Vorschub­ walzen gelöst.

Ein solcher, vom Hauptantrieb der Maschine unabhängiger Antrieb der Vorschubvorrichtung gestattet es, die Vorschubgeschwindig­ keit des Massestranges und damit die Länge der abzuschneidenden Stücke etwaigen Änderungen in der Materialbeschaffenheit oder in der Konsistenz des Massestranges ständig anzupassen und damit ein vorgeschriebenes Sollgewicht stets einzuhalten. Ein Umbau der Maschine ist hierdurch auch dann nicht notwendig, wenn von einem Rohmaterial zum Herstellen des Massestranges auf ein anderes übergegangen wird, wenn beispielsweise eine Masse für Weichkaramellen von einer Masse für Kaugummi abgelöst wird.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Vorschubantrieb in Abhän­ gigkeit vom Gewicht der abgeschnittenen Stücke regelbar ist. Zu diesem Zwecke kann der Vorschubantrieb mindestens einen regelba­ ren Elektromotor aufweisen, es ist aber auch möglich, den Vor­ schubantrieb über ein stufenlos regelbares Getriebe mit den Vor­ schubwalzen für den Massestrang zu verbinden.

Um den Massestrang während seines Vorschubes zur Schneidvorrich­ tung auf die gewünschten Querschnittabmessungen zu kalibrieren, ist es zweckmäßig, mehrere, in Längsrichtung des Massestranges im Abstand voneinander angeordnete Vorschubwalzen vorzusehen, die in der Regel paarweise angeordnet sind und den Massestrang auf seiner Oberseite und auf seiner Unterseite sowie an den Sei­ tenflächen formen und auf Maß bringen. Die Vorschubwalzen können mechanisch gekoppelt sein und einen gemeinsamen Vorschubantrieb haben.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die in Längsrichtung des Mas­ sestranges im Abstand voneinander angeordneten Vorschubwalzen unabhängig voneinander angetrieben sind und jeweils einen eige­ nen Geschwindigkeitsverlauf haben. Hierdurch ist es möglich, nicht nur die Änderungen der Vorschubgeschwindigkeit des Masse­ stranges zu erfassen, die sich durch die Querschnittsänderung beim Kalibrieren ergeben, sondern der Massestrang kann auch mit auf- und abschwellender Geschwindigkeit der Schneidvorrichtung zugeführt werden, wie dies weiter unten noch erläutert werden wird.

Für den Antrieb der in Längsrichtung des Massestranges im Ab­ stand voneinander angeordneten Vorschubwalzen kann für jedes Walzenpaar ein eigener, regelbarer Antriebsmotor vorgesehen wer­ den. Der Geschwindigkeitsverlauf aller Antriebsmotore ist dann proportional zur Geschwindigkeit des Hauptantriebes der Ver­ packungsmaschine veränderbar, so daß der Synchronlauf von Massestrangvorschub und Einwickelvorrichtungen auch bei Dreh­ zahländerungen des Hauptantriebes gewährleistet ist.

Nach der Erfindung wird der Vorschubantrieb der Verpackungsma­ schine so gesteuert, daß das Verhältnis der Solldrehzahlen von Hauptantrieb und Vorschubantrieb entsprechend den Parametern des Massestranges eingerichtet und konstant gehalten und entspre­ chend den Istwerten der Parameter nachgeregelt wird.

Wie bereits erwähnt, kann der Antrieb der Vorschubwalzen so ge­ steuert werden, daß der Massestrang mit an- und abschwellender Geschwindigkeit vorgeschoben wird. Hierbei ist es möglich, den Massestrang vor jedem Schnitt derart zu beschleunigen und zu verzögern, daß die Vorschubgeschwindigkeit im Zeitpunkt des Schnittes ein Minimum erreicht, wobei das vordere Ende des Stranges im Augenblick des Schnittes sogar angehalten wird, d. h., daß die Vorschubgeschwindigkeit im Zeitpunkt des Schnittes gleich Null ist. Dies hat den Vorteil, daß auch in einer weich­ plastischen Masse, wie beispielsweise einer Masse für Kaubonbons oder Weichkaramellen mit einem Paar von gegeneinander bewegten Messern ein glatter Schnitt durchgeführt werden kann und eine ebene Schnittfläche erreicht wird.

Die genaue Einhaltung des Stückgewichtes wird vorzugsweise da­ durch erreicht, daß das Verhältnis der Drehzahlen von Hauptan­ trieb und Vorschubantrieb in Abhängigkeit vom Gewicht der auf­ einanderfolgenden, einzelnen, unverpackten oder eingeschlagenen Stücke oder in Abhängigkeit vom Gewicht aufeinanderfolgender Päckchen von Stückgruppen gesteuert wird. Für eine solche Ge­ wichtssteuerung kann jeweils das Durchschnittsgewicht von mehre­ ren aufeinanderfolgenden Einzelstücken oder Päckchen verwendet werden, es ist aber auch möglich, das Gewicht der einzelnen, aufeinanderfolgenden Stücke oder Päckchen kontinuierlich zu prüfen und für die Regelung des Vorschubes zu verwenden. Bei Bonbons genügt es in der Regel, das Gewicht der Stücke oder Päckchen stichprobenweise in regelmäßigen Abständen zu prüfen und für die Regelung des Vorschubes zu verwenden.

Selbstverständlich können auch andere Parameter als das Gewicht, beispielsweise die Länge der abgeschnittenen Stücke, gemessen werden und als Regelgröße dienen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird durch die Zeichnung und die nachfolgende Beschreibung an einem Ausfüh­ rungsbeispiel näher erläutert, wobei die Zeichnung die Maschine und das Verfahren zu ihrer Steuerung in einem schematischen Schaubild zeigt.

In der Zeichnung ist eine Verpackungsmaschine 10 für Weichkara­ mellen schematisch dargestellt, die eine Vorschubvorrichtung 11 für den weichplastischen Massestrang 12, eine Schneidvorrichtung 13 zum Abschneiden einzelner Stücke 14 vom vorderen Ende 12a des Massestranges 12, eine erste Einwickelvorrichtung 15 zum Ein­ schlagen der einzelnen Stücke 14 in Packmittelabschnitte und eine zweite Einwickelvorrichtung 16 zum gruppenweisen Verpacken der eingeschlagenen Stücke in Päckchen 17 aufweist.

Die Vorschubvorrichtung 11 besteht bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel aus drei, in Längsrichtung des Massestranges 12 im Abstand a bzw. b voneinander angeordneten Paaren von Vorschub­ walzen 19, 20, 21, die den Massestrang 12 kalibrieren und auf einer nicht näher dargestellten Vorschubbahn in Richtung des Pfeiles 22 in die Schneidvorrichtung 13 vorschieben.

Die von der Schneidvorrichtung 13 abgeschnittenen, einzelnen Stücke 14 werden dann von einem nicht näher dargestellten Quer­ förderer der ersten Einwickelvorrichtung 15 zugeführt, wo sie in bekannter Weise einzeln in Packmittelabschnitte, beispielsweise aus Papier, eingeschlagen werden. Die Einzelstücke 14 können dann noch in einer zweiten Einwickelvorrichtung 16 gruppenweise, beispielsweise zu je 5 Stück, in Päckchen 17 verpackt werden, von wo aus sie auf ein nicht näher dargestelltes Abförderband gelangen, welches die Päckchen austrägt.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung hat jedes der drei Vorschubwalzenpaare 19, 20 und 21 der Vorschubvorrich­ tung 11 einen eigenen, regelbaren Antriebsmotor 23 bzw. 24 bzw. 25, der von einem regelbaren Elektromotor gebildet wird, der über ein Getriebe 26 bzw. 27 bzw. 28 die Vorschubwalzen 19 bzw. 20 bzw. 21 antreibt. Die Vorschubantriebe 23, 26; 24, 27; 25, 28 können auch so ausgebildet sein, daß die Getriebe 26, 27, 28 stufenlos regelbar sind. In diesem Falle genügt es, wenn alle Vorschubwalzen 19, 20, 21 einen gemeinsamen Vorschubantrieb haben und mechanisch gekoppelt sind. Die Regelung der Vorschub­ geschwindigkeit erfolgt dann einzeln durch die zugeordneten Getriebe bzw. 27 bzw. 28.

Wenn sich die Konsistenz des Massestranges 12 während des Be­ triebes der Verpackungsmaschine 10 ändert und trotz gleichblei­ bender Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubvorrichtung 11 ein wenig längere oder kürzere Stücke in die Schneidvorrichtung 13 vorgeschoben werden, enthalten die einzelnen, von der Schneid­ vorrichtung 13 abgeschnittenen Stücke 14 etwas mehr oder weniger Masse. Sie entsprechen dann weder bezüglich ihrer Länge noch be­ züglich ihres Gewichtes den vorgeschriebenen Sollwerten, was zu Schwierigkeiten beim Einschlagen in der ersten Einwickelvorrich­ tung 15 und beim gruppenweisen Verpacken zu Päckchen 17 in der zweiten Einwickelvorrichtung 16 führen kann. Außerdem gibt es Schwierigkeiten beim Verkauf, wenn das Sollgewicht der Päckchen oder größerer Verpackungsgebinde mit einer bestimmten Anzahl von Stücken nicht stimmt.

Um das tatsächliche Gewicht der hergestellten Bonbons fest zu­ stellen und dieses dann auf das gewünschte Sollgewicht einzure­ geln, ist bei der hier dargestellten Ausführungsform der Erfin­ dung im Produktauslauf eine Waage 29 angeordnet, der je nach Ausführungsform entweder die einzelnen, in der ersten Einwickel­ vorrichtung 15 eingeschlagenen Stücke 14 über einen Einzelförde­ rer 30 oder die Päckchen 17 von der zweiten Einwickelvorrichtung 16 über einen Päckchenförderer 31 zugeführt werden, der in der Zeichnung in strichierten Linien angedeutet ist.

Die von der Waage 29 ermittelten Istwerte werden dann einem Re­ gelkreis 32, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung, zugeführt, die die Istwerte des Gewichts der einzel­ nen Stücke 14 mit einem gespeicherten Sollwert vergleicht und je nach Übereinstimmung oder Differenz den Vorschubantrieb oder die Vorschubantriebe 23, 26; 24, 27; 25, 28 steuert.

Damit der Regelkreis 32 nicht ins Schwingen gerät, werden die Gewichte mehrerer Einzelstücke oder Päckchen in einer Auswerte­ einrichtung 33 statistisch ausgewertet, so daß nur die statisti­ schen Mittelwerte einer größeren Anzahl von Gewichtsmessungen in die Regelung eingehen.

Anstelle der statistischen Auswertung der Gewichte mehrerer auf­ einander folgender Einzelstücke oder Päckchen kann das Gewicht der Stücke oder Päckchen auch stichprobenweise in regelmäßigen Abständen geprüft und für die Regelung des Vorschubes verwendet werden.

Um einen einwandfreien Synchronlauf der Schneidvorrichtung 13 und der Einwickelvorrichtungen 15 und 16 einerseits und der Vor­ schubvorrichtung 11 andererseits zu erzielen, ist der Hauptan­ trieb 18 mit einem Geber 34 gekoppelt, der die Drehzahl der Hauptantriebswelle 35 aufnimmt und dieser Drehzahl entsprechende Steuersignale dem Regelkreis 32 zuführt, wo sie in die Geschwin­ digkeitsregelung des Vorschubantriebes für die Vorschubvorrich­ tung 11 eingehen.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat jedes Vorschubwalzenpaar 19, 20, 21 einen eigenen Geschwindigkeitsverlauf, der durch die Diagramme 36, 37 und 38 angedeutet ist, die jeweils zwei aufeinanderfolgende Arbeits­ takte darstellen. Man erkennt hieraus, daß die Vorschubgeschwin­ digkeit eines jeden Walzenpaares von einem Minimum zu einem Maximum ansteigt und dann wieder auf das Minimum zurückfällt. Die Extremwerte werden zur Schneidvorrichtung 13 hin immer grö­ ßer, wobei die Vorschubgeschwindigkeit des Massestranges 12 im Augenblick des Schnittes zu Null wird. Der Massestrang 12 wird jedoch nur im Bereich der Vorschubwalzen 21 angehalten, während in den beiden vorhergehenden Walzenpaaren 19 und 20 die Vor­ schubgeschwindigkeit nur vermindert wird.

Dieser unterschiedliche Geschwindigkeitsverlauf ist möglich, wenn der Massestrang aus einer weichplastischen Masse besteht, die kohärent genug ist, um gewisse Zerrungen und Stauchungen in seiner Längsrichtung aufzunehmen, ohne zu reißen oder wesentlich seine Querschnittsform zu verändern. Da die Vorschubwalzen als Kalibrierwalzen ausgebildet sind, stellen sie den gewünschten Querschnitt des Massestranges auch immer wieder her. Es ist hierdurch möglich, den Massestrang kontinuierlich in die Vor­ schubbahn einzuspeisen und auf dem Wege zur Schneidvorrichtung den Geschwindigkeitsverlauf so zu verändern, daß das vordere Ende des Massestranges quasi intermittierend der Vorrichtung 13 zugeführt wird und im Augenblick des Schnittes stillsteht, so daß ein sauberer, glatter Schnitt bei einer im übrigen kontinu­ ierlich arbeitenden Maschine erreicht wird.

Ein einwandfreier Arbeitsablauf ist natürlich nur dann möglich, wenn der Synchronlauf von Hauptantrieb 18 und Vorschubantrieb 11 immer gewährleistet ist. Bei der Verpackungsmaschine nach der Erfindung ist deshalb der Geschwindigkeitsverlauf der Vorschub­ walzen für den Massestrang proportional zur Geschwindigkeit des Hauptantriebes der Verpackungsmaschine veränderbar.

Beim Steuern der Verpackungsmaschine nach der Erfindung wird das Verhältnis der Solldrehzahlen von Hauptantrieb und Vorschuban­ trieb entsprechend den Parametern des Massestranges, wie Zähig­ keit, Feuchtigkeit, Zuckergehalt, Gewicht und Länge od. dgl., eingerichtet und konstant gehalten und entsprechend den Istwer­ ten dieser Parameter nachgeregelt. Das Verhältnis der Drehzahlen von Hauptantrieb und Vorschubantrieb kann, wie weiter oben er­ läutert, in Abhängigkeit vom Gewicht der einzelnen, aufeinander­ folgenden, verpackten Stücke oder von Päckchen dieser Stücke ge­ steuert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern es sind mehrere Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu ver­ lassen. Beispielsweise könnten alle Vorschubwalzen 19, 20 und 21 von einem einzigen Elektromotor angetrieben werden, wobei ein unterschiedlicher Geschwindigkeitsverlauf der einzelnen Walzen­ paare durch entsprechende Steuerung der jedem einzelnen Walzen­ paar zugeordneten Getriebe erreicht werden kann, deren Unterset­ zungsverhältnis von Servomotoren vom Regelkreis aus gesteuert wird.

Claims (15)

1. Vorrichtung in einer Verpackungsmaschine zum Vorschieben und Formen eines Massestranges, insbesondere einer Weich­ karamellenmasse mit Vorschubwalzen zu einer Schneidvorrich­ tung, die den Massestrang in eine Vielzahl von im wesent­ lichen gleichgroßen Stücken zerteilt und die im Takt von mindestens einer sich anschließenden Einwickelvorrichtung arbeitet, welche die Stücke einzeln in Packmittelabschnitte einschlägt und/oder gruppenweise in Päckchen verpackt, ge­ kennzeichnet durch einen vom Hauptantrieb (18) der Verpackungsmaschine (10) unabhängigen und stufenlos regelbaren Vorschubantrieb (23, 24, 25) der Vorschubwalzen (19, 20, 21).

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorschubantrieb (23, 24, 25) in Abhängigkeit vom Gewicht der abgeschnittenen Stücke (14) re­ gelbar ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorschubantrieb (23, 24, 25) mindestens einen regelbaren Elektromotor aufweist.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubantrieb (23, 24, 25) über ein stufenlos regelbares Getriebe (26 bzw. 27 bzw. 28) mit den Vorschubwalzen (19, 20, 21) verbunden ist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubwalzen (19, 20, 21) mechanisch gekoppelt sind und einen gemeinsamen Vor­ schubantrieb haben.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubwalzen (19, 20, 21) unabhängig voneinander angetrieben sind und jeweils einen eigenen Geschwindigkeitsverlauf haben.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in Längsrichtung des Massestran­ ges (12) im Abstand voneinander angeordneten Vorschubwalzen (19, 20, 21) jeweils einen eigenen, regelbaren Antriebsmotor (23 bzw. 24 bzw. 25) haben.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitsver­ lauf der Vorschubwalzen (19, 20, 21) für den Massestrang (12) proportional zur Geschwindigkeit des Hauptantriebs (18) der Verpackungsmaschine (10) veränderbar ist.

9. Verfahren zum Steuern des Vorschubantriebs der Vorschubwalzen einer Vorschubvorrichtung zum Vorschieben eines insbesondere weichplastischen Massestranges einer Bonbonmasse od. dgl. zu einer Schneidvorrichtung, die den Massestrang in eine Viel­ zahl von im wesentlichen gleichgroßen Stücken zerteilt und die im Takt der sich anschließenden Einwickelvorrichtungen einer Verpackungsmaschine arbeitet und von deren Hauptantrieb angetrieben wird, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verhältnis der Solldrehzahlen von Haupt­ antrieb (18) und Vorschubantrieb (23 bis 28) entsprechend den Parametern des Massestranges (12) eingerichtet und konstant­ gehalten und entsprechend den Istwerten der Parameter nachge­ regelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antrieb (23, 24, 25) der Vor­ schubwalzen (19, 20, 21) so gesteuert wird, daß der Masse­ strang (12) vor jedem Schnitt derart beschleunigt und verzö­ gert wird, daß die Vorschubgeschwindigkeit im Zeitpunkt des Schnittes ein Minimum erreicht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit im Zeit­ punkt des Schnittes gleich Null ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dreh­ zahlen von Hauptantrieb (18) und Vorschubantrieb (23, 24, 25) in Abhängigkeit vom Gewicht der aufeinanderfolgenden einzel­ nen Stücke (14) oder aufeinanderfolgender Päckchen (17) von Stückgruppen gesteuert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern des Dreh­ zahlverhältnisses von Hauptantrieb (18) und Vorschubantrieb (23, 24, 25) das Durchschnittsgewicht von mehreren aufeinan­ derfolgenden Einzelstücken oder Päckchen verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der einzel­ nen aufeinanderfolgenden Stücke (14) oder Päckchen (17) kon­ tinuierlich geprüft und für die Regelung des Drehzahlverhält­ nisses verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der Stücke (14) oder Päckchen (17) stichprobenweise in regelmäßigen Ab­ ständen geprüft und für die Regelung des Drehzahlverhältnis­ ses verwendet wird.