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Technischer
Bereich der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formgebung und zum Aufbringen
einer elastischen, wärmeschrumpfbaren
Schutzhülle
auf eine auf Paletten verpackte bzw. palettisierte Ladung, welche
Schutzhülle
aus einem Faltenbalgschlauch bzw. einem Schlauch mit Seitenfalten
besteht. Die Verpackung von palettisierten Ladungen unter wärmeschrumpfbaren
Folien ist insbesondere mit dem Auftauchen von Schrumpffolien interessant
geworden, die ein Abrollen der Folie von Spulen, das Herstellen
einer dichten Hülle
durch Herstellen einer Quer-Schweißnaht und eines quer verlaufenden
Schnitts sowie die Mechanisierung des Öffnens dieser Hülle durch
Auseinanderspreizen der vier Enden der Seitenfalten des Schlauchs
ermöglichen.
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Stand der
Technik
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Die
meisten der bekannten Maschinen besitzen eine Vorrichtung zum Öffnen des über der
palettisierten Ladung angeordneten Schlauchs, wobei diese entsprechend
einem automatisierten, sequenziellen Zyklus mittels eines Rollen- oder Kettenförderers in
die Maschine gefahren wird.
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Bei
diesen Maschinen ist eine Abrollspule für den wärmeschrumpfbaren Schlauch am
Boden positioniert und ihre Achse erstreckt sich parallel zur Beförde rungseinrichtung
der palettisierten Ladung. Der abgerollte Schlauch wird entlang
der Maschine vertikal nach oben gebracht, damit seine Öffnung in
etwa drei bis vier Metern über
dem Boden positioniert wird. Beim Anbringen der Hülle zum
Auswechseln der Spule muss Bedienungsperson die Hülle manuell
in die Rollen des Öffnungssystems
einführen.
Durch diesen umständlichen
Vorgang und die ebenso aufwändigen
Wartungsarbeiten der Öffnungsvorrichtung des
Schlauchs ist das Vorhandensein von Schutzstegen und Zugangsleitern
erforderlich, wodurch sich Abmessungen und Kosten der Anlage erhöhen.
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Bei
einem anderen Maschinentyp wird der Schlauch vertikal von einer
Spule am Boden abgerollt und horizontal bewegt, indem das verschweißte Schlauchstück auf seiner
ganzen Höhe
geöffnet
und über
der palettisierten Ladung positioniert wird.
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Eine
solche Anordnung ist für
niedrige Ladungen geeignet, eignet sich jedoch nicht für palettisierte
Ladungen von zwei bis zweieinhalb Metern Höhe, wie man sie häufig in
der Industrie antrifft; das Öffnen
des Schlauchs, der bis zu drei Meter lang sein kann, ist bei dieser
Anordnung praktisch unmöglich und
die Maschine bräuchte
eine Höhe
von etwa sechs Metern, was mit den Höhen der Gebäude, in denen diese Anlagen
aufgestellt werden sollen, häufig
nicht vereinbar ist.
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Schließlich wird
bisher ein dritter Typ von Maschinen verwendet; er umfasst eine
Folienspule, die am Boden nahe einer Folienöffnungs-, -schweiß- und -schneidevorrichtung
angeordnet ist. Der Schlauch wird mit nach oben weisender Öffnung in Position
gebracht, und innerhalb des Schlauchs wird eine Formungsvorrichtung
gehalten, um eine genaue Positionierung und vorab eine ausreichende Öffnung zu
gewährleisten.
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Ein
Greifarm greift den Schlauch an den vier Enden der Seitenfalten
und rollt ihn vertikal von unten nach oben ab; nach Anbringung der
Schweißnaht und
Abtrennen der so gebildeten Hülle
führt der Greifarm
eine Öffnungs-,
Aufwärts-
und Drehbewegung aus, um die in seiner Nähe positionierte palettisierte
Ladung zu be decken.
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Das
Dokument EP-A-92922 beschreibt eine Maschine zum Aufbringen einer
elastischen Hülle
auf eine palettisierte Ladung. Die Abrollspule der Kunststofffolie
der Hülle
ist nicht am Boden platziert, sondern am oberen Teil des Maschinenrahmens
angebracht. Die auf der Spule gelagerte Folie ist bereits in gleichmäßigen Abständen zugeschweißt, um geschlossene
Böden zu
bilden, und umfasst ferner quer verlaufende Abtrennlinien, um Beutel
mit feststehendem Volumen entstehen zu lassen. Es gibt keinen Mechanismus
zur automatischen Öffnung
des Schlauchs.
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Gegenstand
der Erfindung
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Der
Gegenstand der Erfindung besteht darin, das Formgebungs- und das
Verfahren zum Aufbringen der wärmeschrumpfbaren
Schutzhülle
zu verbessern, dabei auf Zugangsstege und -streppen für die Einstellung
und Wartung der mechanischen Teile verzichten zu können und
das Anbringen des Schlauchs beim Austausch der Spule zu erleichtern.
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Die
Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
bestehen darin,
- – den Schlauch auf einer Lagerungsspule
anzuordnen, die auf einer Abrollhaspel nahe dem Boden platziert
ist,
- – den
Schlauch von der Abrollhaspel abzurollen, wobei sie mit den durch
ein Positionierungselement in Abstand gezogenen Falten in vertikaler Position
gehalten wird,
- – einen
Teil des Schlauchs auf eine Speichertrommel aufzurollen, die fest
mit einem Transportarm eines Greifroboters verbunden ist,
- – den
Schlauch auf eine vorbestimmte Länge
zuzuschneiden und den mittleren Bereich des Schlauchs mittels einer
Schweißmaschine
zu verschweißen,
um eine Schutzhülle
mit dichtem Boden zu erhalten,
- – und
die auf die Speichertrommel aufgerollte Schutzhülle zu einer Umhüllungsstation
zu befördern.
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Der
nicht aufgerollte Teil der Schutzhülle ist während des Transports zur Umhüllungsstation
offen. Die Schutzhülle
wird während
des Aufrollens des Schlauchs um die Speichertrommel, das während der
Abwärtsbewegung
zum reibungslosen Umhüllen der
palettisierten Ladung erfolgt, an den vier Ecken des viereckigen,
nicht verschweißten
Endes offen gehalten.
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Das
Verfahren besteht darin, von einer Spule am Boden aus den Schlauch
in Position zu bringen, der mittels einer mit einer Abtrennvorrichtung
ausgestatteten Schweißmaschine
verschweißt
wurde. Sämtliche
mechanischen Teile befinden sich am Boden, und die Ergonomie der
Station, an der der Schlauch aufgebracht wird, beim Spulenwechsel
ist optimal, da dieser Eingriff sehr schnell zu machen ist. Die
Querschweißnaht
des Schlauchs wird lange vor dem Öffnen der Hülle im Hintergrund ausgeführt und ist
beim Öffnen
der Hülle
vor dem Abkühlen
sehr widerstandsfähig.
In der Produktions-Warteposition, die einige Minuten oder mehrere
Stunden anhalten kann, ist der Innenraum des Schlauchs durch die
Schweißnaht
geschützt,
sodass jegliches Eindringen von in der Luft fliegendem Staub verhindert
wird; dies ist insbesondere von Vorteil in Glashütten, in denen die verpackten
Produkte unbedingt vor diesem Staub geschützt werden müssen, da
sie bei ihrem Befüllen nicht
gereinigt werden.
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Der
Greifroboter der Formgebungs- und Umhüllungsvorrichtung nach der
Erfindung umfasst:
- – eine Lagerungsspule für den Schlauch,
- – Schweiß- und Schneidvorrichtungen
für den Schlauch
zur Herstellung der Schutzhülle,
- – einen
Mechanismus zum Auseinanderspreizen des Schlauchs während der
Abwärtsbewegung
in Richtung auf die Ladung,
- – eine
motorbetriebene Speichertrommel, auf die ein Teil des durch eine
Rückhalteklammer
bzw. -klaue gehaltenen Schlauchs aufgerollt wird,
- – und
einen Transportarm der Speichertrommel zwischen einer ersten Aufroll-
und Schneide- bzw. Abtrennposition des Schlauchs und einer zweiten Position,
in der die Schutzhülle
auf die palettisierte Ladung aufgezogen wird.
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Der
Transportarm ist in horizontaler Translation auf einen Schlitten
montiert, der in senkrechter Richtung entlang einem feststehenden
Rahmen beweglich ist. Die Abspreizvorrichtung des Schlauchs ist
mit vier Schwinghebeln versehen, die mit Rollen zum Greifen des
aufgerollten Schlauchs in der ersten Position und zum Öffnen des
Schlauchs in der zweiten Position ausgestattet sind.
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Nach
einem Merkmal der Erfindung ist ein in vertikaler Richtung beweglicher
Arm unter den Schwinghebeln angeordnet und mit Formgebungs- und
Greiffingern zum Fassen des Schlauchs an den vier Ecken beim Umhüllen der
Ladung versehen.
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Ein
Heißluft-Schrumpfungsrahmen
ist über dem
Ablegearm angeordnet und geeignet, sich in vertikaler Richtung zu
bewegen und dabei eine innere Ausfederung der Schwinghebel zu erlauben,
wenn der Ablegearm den Schlauch zum Umhüllen der Ladung ergreift.
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Der
Greifroboter kann beim Bewegen der Schutzhülle über die palettisierte Ladung
um 90° zu einer
vertikalen Achse schwenken. Dank dieser Möglichkeit der Maschine kann
von einer Station mit zwei oder drei Spulen aus auf die wesentlich
schwierigere Drehung der palettisierten Ladungen verzichtet werden,
deren Abmessungen bezogen auf die Vorschubrichtung der Fördereinrichtung
nicht mit den vorgegebenen Maßen
von Breite und Falten des Schlauchs nicht passen; dies ist häufig der
Fall im Flüssiglebensmittelbereich,
in dem die Abmessungen der Paletten 1000 × 1200 mm und 1000 × 600 mm
auf ein und derselben Produktionsstre cke betragen. Die Länge der
Last auf der Fördereinrichtung
beträgt 1200
oder 600 mm; und das zweite Format wird im Allgemeinen unter der
Maschine um 90° gedreht,
wobei die längere
Seite der Last parallel zur Achse der Fördereinrichtung und parallel
zur Achse der Spule ist.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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1 zeigt
eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur Formgebung und zum
Aufziehen einer elastischen, wärmeschrumpfbaren
Schutzhülle nach
der Erfindung, wobei die palettisierte Ladung gerade unter die Umhüllungsstation
gefahren wird;
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2 zeigt
den folgenden Schritt während des
Absenkens der Hülle
um die palettisierte Ladung 1;
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die 3, 4/1, 4/2, 4/3 und 5 zeigen
die einzelnen Phasen des Ergreifens und Aufwickelns der Folie durch
den Roboter vor dem Transport zur Umhüllungsstation;
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6 ist
eine Draufsicht auf den Greifroboter in der Hüllenaufroll- und -abtrennposition
A und dann in der Position B, in der die Hülle nach vertikaler und horizontaler
Bewegung auf die palettisierte Ladung aufgezogen wird;
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7 ist
eine mit 6 identische Ansicht einer Ausführungsvariante;
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8/1 zeigt die Umhüllungsstation mit einem Heißluft-Schrumpfungsrahmen 19;
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8/2 zeigt ein Detail der 8/1,
bei dem die Ladung 1 auf der Fördereinrichtung platziert ist, die
mit einem Hebetisch für
die Ausformung einer Falte der geschrumpften Folie unter der Auflageebene
der Ladung ausgerüstet
ist;
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8/3 ist eine mit 8/2 identische
Ansicht einer Ausführungsvariante,
bei der die Ladung auf einer Umschlagpalette abgesetzt ist, wobei
zwischen Ladung und Palette eine Kunststofffolie vorgesehen ist.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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In 1 wird
die palettisierte Ladung 1 gerade unter die Umhüllungsstation
gebracht und von einem Ketten- oder Rollentisch 3 getragen.
Eine Lagerungssspule 4 für einen wärmeschrumpfbaren Schlauch oder
eine wärmeschrumpfbare
Schutzhülle 2 ist
in Höhe
des Bodens auf einer Abrollhaspel vorgesehen, neben einem Tragrahmen 7 eines
Greifroboters R. Der Faltenschlauch 2 ist nach dem Aufrollen
auf die Spule 4 flach gefaltet und wird anschließend mittels
einer Positionierungseinrichtung 6 abgerollt und in vertikaler
Position gehalten, wobei die Falten zum Öffnen auseinandergezogen werden. Eine
Thermoschweißverbindung 5 des
Schlauchs 2 ist auf der Positionierungseinrichtung 6 angeordnet.
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Eine
Schweißmaschine 15 wird
von zwei Spannbacken gebildet, die sich horizontal und symmetrisch
zur Positionierungseinrichtung 6 bewegen. Der obere Teil
der Schweißmaschine 15 umfasst
eine Linearschneideeinrichtung 16, die einen Betätigungszylinder
und eine Klinge zum geraden Abschneiden umfasst.
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Der
Greifroboter R weist einen Transportarm 8 auf, der von
einem vertikal am Tragrahmen 7 translationsbeweglichen
Schlitten 30 gehalten wird, eine motorisch angetriebene
Speichertrommel 9, die mit einer inneren Rückhalteklaue 10 versehen
ist, sowie ein System aus Schwinghebeln 11, die jeweils
mit vier Greifrollen 12 versehen sind. Das Abspreizen der Schwinghebel 11 erfolgt
durch zwei Pneumatikzylinder, die mit hydraulischen Blockierungseinrichtungen und
Eingriffbogenstücken 14 zusammenwirken,
die synchronisierte Abspreiz- und Annäherungsbewegungen der Schwinghebel 11 ermöglichen.
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Ein
Ablegearm 18 für
die Hülle 2 kann
ebenfalls entlang dem Tragrahmen 7 gleiten und trägt vier Finger 17 zur
Formgebung und zum Greifen des Schlauchs 2. Während des
Zuführens
der Ladung 1 wird die vorab bereitete Hülle über der Umhüllungsstation von den Schwinghebeln 11 offen
gehalten. Der Ablegearm 18 befindet sich in einer Position
zur Aufnahme der Schutzhülle
durch die Finger 17.
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Die
Lagerungsspule 4 des wärmeschrumpfbaren
Schlauchs 2 ist auf der Abrollhaspel in Warteposition;
und der abgerollte Schlauch 2 wird von der Positionierungseinrichtung 6 zur
Trennung der Falten zentriert gehalten. Die Schweißmaschine 15 hat
die Querschweißnaht 5 des
Schlauchs 2 angebracht, die auf der Positionierungseinrichtung 6 aufliegt
und den wartenden Schlauch 2 präzise hält.
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Das
Detail A der 1 ist ein Querschnitt des leicht
geöffneten
Schlauchs 2; das Detail B der 1 ist ein
Querschnitt der Schutzhülle
in geöffneter
Position.
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2 zeigt
den nächsten
Schritt während des
Absenkens der Schutzhülle
um die palettisierte Ladung 1 herum. Die Finger 17 des
Ablagearms 18 halten die Schutzhülle offen und die Greifrollen 12 der
Schwinghebel 11 halten den geöffneten Zustand kontinuierlich
aufrecht, um eine Reibung der Folie 2 an den oberen Ecken
der palettisierten Ladung 1 zu verhindern.
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Bei
diesem Schritt wird die Speichertrommel 9 in Abrollrichtung
motorisch angetrieben, und die Rückhalteklaue 10 ist
offen, um den Eingriffsbereich der Folie 2 in Höhe der Thermoschweißnaht 5 freizugeben.
Nach Freigabe des Eingreifbereichs der Speichertrommel 9 spreizen
sich die Greifrollen 12 ab, um die Schutzhülle freizugeben
und ermöglichen
so deren weitere Abwärtsbewegung
bis zu ihrem Aufliegen auf der palettisierten Ladung 1.
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Bei
dem in 3 dargestellten Schritt befindet sich der Ablegearm 18 der
Schutzhülle
am Ende seines Abwärtshubs.
Der Fördertisch
für die
palettisierte Ladung 1 kann mit einer Hebevorrichtung 32 ausgestattet
sein, um die Positionierung der Schutzhülle im unteren Bereich der
Tragepalette zu optimieren. Im Allge meinen ist ein Überstand 2 des Schlauchs
vorgesehen, der dann während
der Schrumpfung der Folie unter die untere Ebene der Tragpalette
gedrückt
wird, um die Ladung 1 fest mit der Tragpalette zu verbinden.
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Sobald
die Schutzhülle
die Greifrollen 12 verlassen hat, macht der Arm 8 des
Greifroboters R eine erste horizontale Translationsbewegung und
dann eine zweite Bewegung, bei der er abwärts bewegt wird und so die
Schutzhülle
vorbereitet, die für
die nächste
Palette vorgesehen ist. Die Höhe
dieser Palette und die entsprechende Länge der Schutzhülle werden
mittels einer zusätzlich
vorgesehenen Messvorrichtung gemessen. Die Schwinghebel 11 befinden
sich in dieser Transportphase in einander angenähertem Zustand.
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In
der Speichertrommel 9 ist eine Öffnung zur Positionierung des
Eingriffsbereichs der Thermoschweißnaht 5 in der Rückhalteklaue 10 nach
der Ausrichtung durch Drehung der Trommel 9 vorgesehen.
In dieser Phase sind die Greifrollen 12 beidseits der Positionierungseinrichtung 6 abgespreizt
und sitzt die Thermoschweißnaht 5 in
der Klaue 10 fest.
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In 4/1 ist der Greifroboter R so positioniert, dass
er die Einführung
der Greifrollen 12 der Schwinghebel 11 zwischen
die Seitenfalten des Schlauchs 2 ermöglicht. 4/2 ist
ein Horizontalschnitt auf der Ebene der Greifrollen 12 und 4/3 zeigt die Seitenfalten des Schlauchs 2,
die von den Greifrollen 12 erfasst werden. Der Ablegearm 18 kehrt
in seine ursprüngliche,
angehobene Position zurück
und ist bereit für
einen neuen Umhüllungsvorgang.
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5 zeigt
den Schweiß-
und Abtrennvorgang des Schlauchs 2 nach seinem Aufrollen
um die Speichertrommel 9 und die vertikale Bewegung des Transportarms 8 nach
oben. Sobald die Spannbacken der Schweißmaschine 15 zur Herstellung
der Thermoschweißnaht 5 einander
angenähert
werden, erfolgt der Schnitt durch Bewegen des Messers 16. Der
Greifroboter R transportiert die Schutzhülle dann über die Umhüllungsstation, ohne das Ende
des Schweißzyklus
abzuwarten.
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Während der
Phase der horizontalen Verschiebung des Transportarms 8 über die
Umhüllungsstation
werden die Schwinghebel 11 in Richtung auf ihren abgespreizten
Zustand bewegt, um das Öffnen
des nicht verschweißten
Teils der Schutzhülle vorzunehmen.
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Durch
die Rückkehr
des Greifroboters R in die Position der 1 können die
Finger 17 des Ablegearms 18 die Schutzhülle an den
vier Enden der auseinandergespreizten Seitenfalten fassen. Zur gleichen
Zeit wird die eingehüllte
palettisierte Ladung 1 durch den Transporttisch entfernt
und eine neue Ladung wird unter die Maschine gebracht.
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6 ist
eine Draufsicht auf den Greifroboter R in der aufgerollten und Abtrennposition
A der Schutzhülle,
anschließend
in der Position B, in der die Hülle
nach vertikaler und horizontaler Bewegung auf die palettisierte
Ladung 1 aufgezogen wird, um die offene Schutzhülle über der
Ladung 1 zu positionieren. Dieser Figurenfall entspricht
einer auf die Fördereinrichtung 3 gebrachten
Ladung 1, wobei die Länge
der Palette in Vorschubrichtung der Fördereinrichtung 3 angeordnet
ist.
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7 ist
eine mit 6 identische Ansicht im Falle
einer auf die Fördereinrichtung 3 gebrachten Ladung 1,
wobei die Länge
der Palette quer zur Vorschubrichtung der Fördereinrichtung angeordnet
ist. In diesem Fall schwenkt der Greifroboter R während seiner
Förderbewegung
um 90° aus
der Position A in die Position B.
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Man
sieht, dass die 1 bis 7 ausschließlich die
Umhüllungsphase
zeigen, wobei die Schrumpfung der wärmeschrumpfbaren Folie in einer
Station erfolgt, die sich vor der Umverpackungsstation befindet.
Der Arbeitstakt einer Maschine gemäß den 1 bis 7 kann
bis zu 200 palettisierte Ladungen pro Stunde betragen; statt palettisierter Ladungen
können
auch beliebige andere Arten von Produkten, beispielsweise Haushaltsgeräte, umhüllt werden.
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Die 8/1 bis 8/3 zeigen
eine komplette Maschine, die das Umhüllen und Schrumpfen an ein
und derselben Station ausführt.
Ein Heißluft-Schrumpfungsrahmen 19 wird
darüber
positioniert und bewegt sich parallel zum Ablegearm 18 des Schlauchs 2.
Die Schwinghebel 11 des Greifroboters R zum Öffnen positionieren
den offenen Teil der Schutzhülle
innerhalb des Schrumpfungsrahmens 19, sodass der Ablegearm 18 sie
fassen und anschließend
die Ladung bedecken kann. Wenn die Schutzhülle auf der Ladung 1 aufliegt,
sorgt der Rahmen 19 für
das Schrumpfen der wärmeschrumpfbaren
Folie, indem von ihm ein horizontaler heißer Luftstrahl gegen die Folie 2 geblasen
wird, und zwar in zwei unterschiedlichen Zyklen:
In 8/2 wird die Ladung 1 auf der Fördereinrichtung 3 platziert,
die mit einem Hebetisch ausgerüstet ist,
der die Ausformung einer Falte der geschrumpften Folie unter der
Auflageebene der Ladung erlaubt. Der Ablegearm 18 bringt
die Schutzhülle 2 nach
dem Anheben der Ladung 1 auf, und der Schrumpfungsrahmen 19 schrumpft
zuerst den unteren Teil der Schutzhülle und dann die vertikalen
Seiten der Schutzhülle
beim allmählichen
Hochfahren.
8/3 zeigt den Fall einer Schutzhülle 2,
die auf einer Ladung 1 platziert ist, die selbst auf einer
Umschlagpalette 21 aufliegt. Zwischen der Ladung 1 und der
Tragpalette 21 ist eine Kunststofffolie 20 vorgesehen.
Der Ablegearm 18 bleibt in unterer Position, und die vier
Finger 17 sorgen für
die Positionierung der Schutzhülle.
Der Schrumpfungsrahmen 19 bewirkt ein Schrumpfen der Folie 2 von
oben nach unten und schrumpft so als erstes die Seitenflächen, positioniert sich
im unteren Teil über
dem Ablegearm 18, um die Schutzhülle in Höhe der oberen Ebene der Palette 21 zu
schrumpfen. Die Schutzhülle
und der über
die Palette überstehende äußere Teil
des Folienformats werden unter der Wirkung der Hitze miteinander
versiegelt. Der Ablegearm 18 löst sich anschließend nach
unten oder zur Seite, um die Schrumpfung des unteren Teils der Schutzhülle abzuschließen. Dieser Anwendungsfall
ergibt sich häufig
beim Verpacken von Ladungen, die aus Glasbehältern, beispielsweise Flaschen,
bestehen, wobei die gebildete Hülle
auf den sechs Seiten der Ladung dicht sein muss. Ein Schrumpfen
von unten nach o ben, wie im vorhergehenden Fall, würde in der
nach der Thermoversiegelung abgedichteten Schutzhülle ein
Luftvolumen einschließen,
das die normalerweise durch die Verpackung gewährleistete Stabilität der Ladung
beeinträchtigen
würde.
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Der
Arbeitstakt bei der Art von Maschinen nach 8/1 bis 8/3 kann bis zu 120 palettisierte Ladungen pro
Stunde bei reduzierter Standfläche betragen.