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Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische horizontale Sack- bzw.
Beutelverpackungsmaschine, wie sie z.B. in der US-A-4,534,158 beschrieben
wird. Eine solche Maschine kann Säcke bzw. Beutel eines weiten Größe- und
Formbereichs verarbeiten, welche zur Verpackung eines ausgedehnten
Produktbereichs, speziell in Pulver-, Granulat- und/oder flüssiger Form
verwendet werden. Die Verpackungsmaschine gemäß der Erfindung kann in
der pharmazeutischen, chemischen und Nahrungsmittelindustrie, sowie in
verwandten Bereichen, eingesetzt werden.
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Automatische Sack- bzw. Beutelverpackungsmaschinen sind bekannt und seit
langer Zeit in Gebrauch gewesen, so daß ihre allgemeine Technologie bei den
Herstellern solcher Maschinen relativ gut bekannt ist. Die zu verpackenden
Säcke bzw. Beutel sind im allgemeinen aus einem Einzel- oder komplexen
Blattmaterial hergestellt, welches bei einer vorbestimmten konstanten Temperatur
wärmeversiegelbar bzw. -verschweißbar und in Rollenform an der Maschine
angebracht ist. Im Prinzip gibt es zwei Typen von automatischen Sack- bzw.
Beutelverpackungsmaschinen, welche sowohl in der Art, wie die Verpackung
geformt wird, als auch in der Art, wie die anderen Schritte des Prozesses
ausgeführt werden, ziemlich verschieden voneinander sind. Sie heißen
horizontale oder vertikale Verpackungsmaschinen, abhängig von der Richtung
der Bewegung des Blattmaterials für den Sack bzw. Beutel durch die
Maschine. Die vorliegende Beschreibung ist ausschließlich auf den zuerst
genannten Typ von Verpackungsmaschinen, d.h. horizontale Sack- bzw.
Beutelverpackungsmaschinen, gerichtet.
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Bekannte horizontale Verpackungsmaschinen weisen einen Rahmen auf, an dem
die verschiedenen Arbeitseinheiten und Stationen zur Ausführung der Schritte
des Verpackungsprozesses angebracht sind. Eine detaillierte, aber nicht
erschöpfende Liste dieser Arbeitsschritte würde sein: Lagern einer oder
mehrerer Rollen; kontrolliertes Abwickeln der Materialbahn von der Rolle;
Formen eines Sacks bzw. Beutels durch Längsfalten der Rollenmaterialbahn;
optionale Erzeugung einer vierten Wärmeversiegelung für die Unterkante des
Sacks bzw. Beutels; vertikale Wärmeversiegelung der Seiten des Sacks bzw.
Beutels; gesteuerte Zuführung des Bahnmaterials; Abschneiden der geformten
Bahn zur Herstellung einzelner Säcke bzw. Beutel; Öffnen der geformten Säcke
bzw. Beutel ihre und Füllung mit dem Produkt; und Erzeugung der oberen
Versiegelung. Andere Vorrichtungen zur Ausführung zusätzlicher Operationen,
wie Codierung, Ausformung von Reißkerben, mechanische Perforationen
zwischen einzelnen Säcken bzw. Beuteln, Ausgabe der abgetrennten Säcke
bzw. Beutel auf Gurten oder auf Rohlingen bzw. Zuschnitte für
Verpackungsmaschinen, insbesondere Kartonmaschinen usw. können zusätzlich
eingeschlossen werden.
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Die Herstellungskapazität solcher Verpackungsmaschinen ist durch mehrere
Parameter stark eingeschränkt, speziell durch mechanische Beschränkungen
verursacht durch die Trägheit der beweglichen Teile, welche einer
kontinuierlichen Folge von einfachen oder komplexen Hin- und Herbewegungen
unterworfen sind, und durch einen Kompromiß zwischen einer Vergrößerung,
die jede Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit nötig macht, und der daraus
folgenden Steigerung der Herstellungs- und Instandhaltungskosten. Es gibt
andere spezifische Faktoren für jede einzelne Anwendung, die zusätzlich die
Maschinenleistung begrenzen und gleichermaßen die Fabrikationskosten
steigern kann. Beispiele sind die Produktion von großen Säcken bzw. Beuteln,
speziell Säcken bzw. Beuteln von großer Länge, oder wenn es notwendig wird,
viele Füllstationen für das verpackte Produkt zu haben oder wenn
verschiedene Komponenten des Endprodukts im Sack bzw. Beutel gemischt werden
müssen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Maschine zur Herstellung eines weiten
Bereiches von Größen oder "Formaten" der Säcke bzw. Beutel vorzuschlagen,
welche sowohl verschiedene Mengen, von sehr kleinen bis zu sehr großen
Mengen, als auch verschiedene Arten von Produkten verpacken kann. Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die automatische horizontale Sack- bzw. Beutelverpackungsmaschine gemäß der
Erfindung weist die folgenden Komponenten auf: Eine Zuführeinrichtung für
ein heiß- bzw. wärmeversiegelbares Blattmaterial in Form einer fortlaufenden
Bahn, die auf eine Spule zu einer Rolle aufgewickelt ist; einen
servogesteuerten Rollenabwickler; Vorrichtungen, um das Bahnmaterial in die Form
des Buchstabens "V" zu falten; eine vertikale Siegel- bzw.
Schweißeinrichtung; eine Bodensiegel- bzw. Schweißeinrichtung; eine servo-gesteuerte
Zieheinrichtung; eine Schneidvorrichtung; eine rotierende Sack- bzw.
Beutelüberführungseinrichtung; ein Paar Förderketten; eine Sack- bzw.
Beutel- und/oder Bodenformeinrichtung; mindestens eine Fülleinrichtung; eine
Luft-Absaugeinrichtung; eine Oberteilsiegel- bzw. Schweißeinrichtung; eine
Einrichtung zum Austragen der Säcke bzw. Beutel zu einem Abgabeförderer;
und schließlich ein Bedienungspult für die Regulierung und Steuerung dieser
Komponenten.
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Diese Komponenten werden so zusammengebaut, daß die fortlaufende Bahn aus
hitzeversiegelbarem bzw. schweißbarem Material von der Rolle von der
Zieheinrichtung weitergezogen wird und zuerst die Abwicklervorrichtung
durchläuft, wobei sie sich zu einer Schleife formt, deren Größe in
umgekehrtem Verhältnis die Rotationsgeschwindigkeit der Rolle steuert.
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Die Bahn durchläuft dann die Falteinrichtung, wo sie in die Form des
Buchstabens V, oder gegebenenfalls des Buchstabens W, wenn Balg- Boden-
Säcke bzw. Beutel hergestellt werden sollen, gefaltet wird, und dann durch
die vertikale Siegel- bzw. Schweißeinrichtung. Hier formen
Versiegelungsbacken, welche longitudinal durch eine Schraube und eine abgestufte Skala
für die Herstellung von Säcken bzw. Beuteln aller Größen eingestellt werden
kann, die vertikalen Versiegelungen, welche die Seiten des Sacks bzw. Beutels
definieren.
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Danach wird das Beutelmaterial durch die Bodenversiegelungseinrichtung
geführt, wo eine verstärkte Schweißnaht am Beutelboden hergestellt wird. Es
bewegt sich dann zur Schneidevorrichtung, die durch Scheren gebildet wird,
deren hintere Schneide fest und deren vordere Schneide beweglich ist. Die
longitudinale Lage der Scheren kann durch eine Schraube und eine
abgestufte Skala eingestellt werden, um alle Größen von Säcken bzw. Beuteln
herstellen zu können.
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Stromabwärts von der Schneideeinrichtung wird der Sack bzw. Beutel von der
rotierenden Überführungseinrichtung aufgenommen, welche Greifer hat, um
den Sack bzw. Beutel zu den hinteren Förderketten zu überführen, nachdem
er um 90º relativ zu seiner vorherigen Position gedreht wurde; gleichzeitig
wird die Sack- bzw. Beutelöffnung leicht vorgeöffnet. Die Förderketten
werden von zwei periodisch arbeitenden Rotationseinrichtungen oder
gegebenenfalls von zwei unabhängigen Servomotoren auf Führungen, die
symmetrisch um eine vertikale Längsfläche angeordnet sind, angetrieben. Eine
Vielzahl von schnell wirkenden Haltegreifern wird verwendet, so daß die
Säcke bzw. Beutel mit einem voreingestellten Abstand voneinander
weiterbewegt werden, unabhängig von ihrer Größe, während sie senkrecht zu
dieser Symmetrie-Ebene gehalten werden.
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Wenn Säcke bzw. Beutel verschiedener Größen herzustellen sind, können die
Führungen der Förderketten durch einen Getriebemotor parallel zueinander
bewegt werden, um weiter voneinander entfernt oder näher beieinander zu
sein, während die Symmetrie-Ebene beibehalten wird. Während die Säcke bzw.
Beutel weiterbefördert werden, vollendet der Sack bzw. Beutelausformer deren
Öffnung durch Einführen eines angelenkten blattartigen Werkzeugs in jeden
Sack bzw. Beutel. So können die korrespondierenden Füllrohre leicht in die
Säcke bzw. Beutel eingeführt werden und diese füllen, wenn die
Fülleinrichtung, die sich stromabwärts von der vorhergehenden befindet, erreicht wird.
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Wenn die Sack- bzw. Beutelfülloperation beendet wurde, wird die Sack- bzw.
Beutelöffnung zusammengezogen und die verbleibende Luft wird aus dem
oberen Ende durch Bewegen der Säcke bzw. Beutel durch die
Luftabsaugeinrichtung entfernt. Nachfolgend werden die Säcke bzw. Beutel zur Oberteil-
Siegeleinrichtung geführt, wo sie durch Versiegelung der Sack- bzw.
Beutelöffnung geschlossen werden. Sie werden dann zur Ausgabeeinrichtung
befördert, die sie auf eine Rutsche, einen Fördergurt oder auf Rohlinge bzw.
Zuschnitte einer Kartonmaschine legt. In den beiden letzten Fällen nimmt die
Ausgabeeinheit die Säcke bzw. Beutel passenderweise und dreht sie in eine
horizontale Lage.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung wird verstanden werden, daß die
automatische horizontale Sack- bzw. Beutelverpackungsmaschine gemäß der
Erfindung sich merklich von den horizontalen Sack- bzw.
Beutelverpackungsmaschinen, die bis jetzt bekannt sind, dadurch unterscheidet, daß die
Förderung der Säcke bzw. Beutel horizontal stattfindet; desweiteren sind die
Geschwindigkeit, Wirtschaftlichkeit und einfache Bedienung vorteilhaft, speziell
in Fällen, in denen das Sack- bzw. Beutelformat oft geändert werden muß, bei
denen hohe Produktionsgeschwindigkeiten benötigt werden oder in denen eine
große Anzahl von Füllstationen erforderlich ist. Der Hauptgrund für diese
Vorteile ist der Einbau der neuen Sack- bzw. Beutelüberführungseinrichtung
und deren Bewegung durch Haltevorrichtungen, die auf Ketten angeordnet
sind, die durch leicht und schnell verstellbare Schienen geführt werden.
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Die neue automatische horizontale Sack- bzw. Beutelverpackungsmaschine
gemäß der Erfindung überwindet effektiv, auf neuartige Weise und elegant die
Grenzen von konventionellen Verpackungsmaschinen, wobei das Niveau der
gewünschten und/oder vom Anwender benötigten Leistung solcher Maschinen
angehoben wird.
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Eine solche Maschine kann mit Einstellvorrichtungen, die dynamische sowie
statische Funktionen abdecken, versehen werden, d.h. Einstellung von Längs-
und Winkelgeschwindigkeit und Einstellung der Position in Längs-, Quer-
und/oder azimuthaler Richtung.
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Die einzige Figur auf dem anliegenden Zeichenblatt zeigt ein nicht
beschränkendes Beispiel einer Ausführungsform der automatischen horizontalen
Sack- bzw. Beutelverpackungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Eine durchgehende Einzel- oder Komplex-Bahn 1 aus hitzeversiegelbarem bzw.
schweißbarem Material, welches zu einer Rolle 2 aufgewickelt ist, wird
periodisch durch eine Zieheinrichtung 3 von der Rolle 2 gezogen; auf ihrer
Bewegungsstrecke durchläuft die Bahn 1 einen Abwickler 4, der mindestens
eine Schleife ausformt. Angetrieben durch einen Servomotor führt die Rolle
2 die Rolle 1 fortlaufend zu; im Abwickler 4 werden die intermittierenden
Bewegungen, verursacht durch die Ziehvorrichtung 3, durch die Ausbildung
der Schleifen kompensiert, welche beim Erreichen der oberen und unteren
Voreinstellungsgrenzen ein Steuersignal an den Servomotor senden, der die
Welle der Rolle 2 antreibt, so daß die Wellendrehzahl proportional gesteigert
oder verringert und die unregelmäßige Bewegung kompensiert wird.
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Zum Einstellen und Synchronisieren der Bewegung der Zieheinrichtung 3
ermittelt eine photoelektrische Zelle 5, deren longitudinale Lage eingestellt
werden kann, das Vorbeilaufen einer Sack- bzw. Beutelgrößenmarke, die
passend an einem Rand der durchgehenden Bahn angeordnet ist und den
Start des Servomotors der Zieheinrichtung 3 einleitet. Keine Korrektur wird
benötigt, wenn die Sack- bzw. Beutelgröße verändert wird, da eine solche
Veränderung sofort von der photoelektrischen Zelle 5 festgestellt wird. Die
einzige Steuerinformation, die dem Servomotor der Zieheinrichtung 3 zugeführt
wird, ist der Zeitpunkt, zu dem er das Ziehen auslösen muß; dieser Zeitpunkt
wird vom Einstellungs- und Steuerungspult aus (nicht in der Zeichnung
gezeigt) eingestellt.
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Die Materialbahn 1 durchläuft die Faltvorrichtung 6, in der Figur schematisch
gezeigt, die einen einzelnen V-förmigen Boden ausformt, obwohl diese
gegebenenfalls durch eine gleichartige Falteinrichtung zum Ausformen von W-
förmigen Böden ersetzt werden könnte. Nachfolgend, nachdem sich die Säcke
bzw. Beutel an der photoelektrischen Zelle 5 vorbeibewegt haben, erreichen
sie vertikale Siegel- bzw. Schweißeinrichtung 7, wo ihre vertikalen Ränder
zweimal versiegelt werden, um die optimale Verbindung dieser Ränder
sicherzustellen. Nachfolgend laufen die Säcke bzw. Beutel zu der
Bodenversiegelungs- bzw. Schweißeinrichtung 8, welche den Boden der Säcke bzw.
Beutel hitzeversiegelt. Obwohl diese letztgenannte Schweißnaht in bestimmten
Fällen nicht unbedingt notwendig ist, da die Bahn dort gefaltet ist, ist es ein
Detail zu einer guten Endform, verbessert die letztendliche Erscheinungsform
der Säcke bzw. Beutel und vergrößert deren Widerstandsfähigkeit gegen
Druck und rohe Behandlung, die während des Transportes der Säcke bzw.
Beutel zum Konsumenten oder Endverbraucher vorkommen kann.
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In diesem Stadium hat die automatische horizontale Sack- bzw.
Beutelverpackungsmaschine eine fortlaufende Serie von Beuteln mit freien oberen
Enden ausgeformt; nachfolgend werden die Säcke bzw. Beutel durch
korrespondierende vertikale Schnitte direkt an den Rändern der
Vertikalschweißnähte zu einzelnen Stücken getrennt. Dieser Arbeitsgang wird von der
Schneidvorrichtung 9 ausgeführt, die Scheren aufweist, deren hintere Klinge
tangentiell zur durchgehenden Bahn der vorgeformten Säcke bzw. Beutel 10
fixiert ist, während die vordere Klinge beweglich ist und von der
Hauptenergiequelle der Maschine angetrieben wird. Die Position der
Schneidvorrichtung 9 ist longitudinal einstellbar, um die Herstellung eines ausgedehnten
Bereiches von Sack- bzw. Beutelgrößen zu gewährleisten. Deshalb ist sie mit
einer Schraube und einer abgestuften Skala versehen, auf der alle möglichen
Größen aufgezeichnet sind.
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Beim Verlassen der Schneidvorrichtung 9 werden die vorgeformten Säcke bzw.
Beutel 10 einer nach dem anderen von einer Haltevorrichtung einer drehbaren
Überführungseinrichtung 11 ergriffen und um 90º gedreht zu den
Förderketten 12a - 12b gebracht, so daß ihre Anfangsposition, koplanar mit der
Längsachse der Maschine, zu der Position einer Ebene senkrecht zu dieser
Achse verändert wird. Mit dieser Änderung der Ausrichtung der Säcke bzw.
Beutel ist die allgemeine Leistung der Verpackungsmaschine gemäß der
Erfindung derjenigen von konventionellen horizontalen Maschinen überlegen.
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Tatsächlich sind von diesem Schritt an die mechanische Struktur und die
Komplexität der Maschine viel einfacher, da es, um sie verschiedenen Sack-
bzw. Beutelgrößen anzupassen, nur notwendig ist, eine einzige Steuerung zu
betätigen, weil die Förderketten 12a - 12b von Schienen geführt werden, die
symmetrisch um die Längsachse der Maschine angeordnet sind und sich
deshalb synchron parallel zueinander bewegen. Weiterhin beeinflußt, wegen
der Querposition der Säcke bzw. Beutel, ihre Größe ihren Abstand zueinander
überhaupt nicht. Deshalb kann im Vergleich zu konventionellen horizontalen
Verpackungsmaschinen eine große Anzahl von Säcken bzw. Beuteln pro
Längeneinheit der Maschine produziert werden.
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Die drehbare Überführungseinrichtung 11 liefert die vorgeformten Säcke bzw.
Beutel 13 mit leicht geöffneten oberen Enden ab. Die Öffnung wird
vervollständigt, wenn die Formvorrichtung 14 erreicht wird, wo die
Förderkettenführungen sich leicht aufeinander zubewegen und bei der Öffnungsbewegung
helfen. Dort wird ein sich vertikal erstreckendes, schwenkbares,
blattähnliches Bauteil 15 der Formungseinrichtung 14 in die Säcke bzw. Beutel
eingeführt und öffnet sie vollständig.
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Wenn der Sack bzw. Beutel 13 geöffnet worden ist, ist er bereit, in der/den
Füllstation(en) 16a (16b) gefüllt zu werden. Bei der gezeigten
Ausführungsform sind zwei Füllstationen vorgesehen, aber es können nur eine oder drei,
vier oder mehr, abhängig von den Anforderungen des Anwenders, des
Rauminhalts und der Art der zu verpackenden Produkte, vorhanden sein. Im
allgemeinen werden Endlosschnecken oder Schraubenfüller für Pulverprodukte
verwendet werden, während ein volumetrischer Füller mit
Vibrationseinrichtungen zur Erleichterung des Produktstroms bei festen Produkten
eingesetzt wird. Für flüssige und pastöse Produkte wird ein Kolbenfüller
erforderlich werden.
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Ein wichtiger Aspekt der Verpackungsmaschine gemäß der Erfindung ist, daß
mehr Füllstationen 16 als bei bisher bekannten Maschinen aus folgendem
Grund eingerichtet werden können: Die Länge der Maschine vergrößert sich
mit der Anzahl der Füllstationen. Eine solche Verlängerung bringt eine große
Kostensteigerung bei konventionellen Maschinen mit sich, wo hingegen für die
Maschine gemäß der Erfindung die Kosten nicht gesteigert werden.
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Sind die Säcke bzw. Beutel 13 einmal gefüllt, werden sie durch die
Förderketten
12 zu einer Luftabsaugeinrichtung 17 bewegt, die sich stromabwärts des
verbreiterten Teils 18 der Schienen, die die Ketten führen, befindet; in der
Einrichtung 17 wird die Öffnung des Sacks bzw. Beutels 13 gestreckt, was
eine erste Absaugung der Luft im Sack bzw. Beutel bewirkt. In der gezeigten
Ausführungsform weist die Absaugeinrichtung 17 sich bewegende Klingen auf,
die von den Seiten entlang des Raumes, der zwischen dem eingefüllten
Produkt und der Mündung des Sacks bzw. Beutels 13 verbleibt, auf den Sack
bzw. Beutel 13 drücken. Die Luftabsaugeinrichtung 17 muß bei einer Änderung
der Sack- bzw. Beutelgröße eingestellt werden.
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Am Ausgang der Luftabsaugeinrichtung 17 erreichen die Säcke bzw. Beutel 13
die Oberteilsiegel- bzw. Schweißeinrichtung 19, in welcher ihre Öffnungen
versiegelt werden. Um dies sicherzustellen, wird eine Doppelverschweißung
hergestellt. Eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft der
Oberteilsiegeleinrichtung 19 ist ihre einfache Zugänglichkeit zum Säubern der
Schweißstangen durch eine Vorrichtung, die die Siegeleinrichtung 19 nach oben in
eine vertikale Position dreht, wobei die Schweißstangen sichtbar und
zugänglich bleiben.
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Wenn die Sack- bzw. Beutelherstellung beendet worden ist, werden die Säcke
bzw. Beutel 13 am Ende der Maschine zu einer Ausgabeeinrichtung 20
gebracht, welche sie durch eines der konventionellen Systeme entfernt,
entweder eine Gleitbahn hinunter, durch das Setzen auf einen Fördergurt
oder durch Überführungseinrichtungen. Die Ausgabevorrichtung 20 gemäß der
vorliegenden Erfindung weist einen schwenkbaren Arm auf, der sich um 90º
nach innen dreht; Haltevorrichtungen, im allgemeinen Saugschalen oder
Greifer, können an dessen oberen Ende montiert sein. Die Haltevorrichtungen
greifen die Säcke bzw. Beutel und übertragen sie zu einem Ausgabeförderer,
der nicht in der Zeichnung gezeigt wird. Die Ausgabevorrichtung 20 ist mit
Vorrichtungen zur Regulierung der Haltevorrichtung versehen, um maximal
mögliches Halten der Säcke bzw. Beutel 13, unabhängig von ihrer Größe,
sicherzustellen.