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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine zweiseitige
Greifvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 für das
Anbringen von Stirndeckeln an den Enden von Papierrollen.
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Beim Verpacken von Papierrollen werden die inneren
Stirndeckel zuerst auf den Enden jeder Rolle plaziert, wonach eine
genügend große Länge des Verpackungsmaterials um die Rolle
herum plaziert wird, und dann die überlappenden Teile des
Verpackungsmaterials über die Ränder der inneren Stirndeckel
gefaltet werden. Üblicherweise werden unter Verwendung eines
Heißklebers die äußeren Stirndeckel dann an den Enden der
Rolle befestigt, um somit die umgefaltete Kante des
Verpakkungsmaterials und den inneren Stirndeckel zu bedecken. Der
innere Stirndeckel ist gewöhnlicherweise relativ dick und
kann somit die Rollenenden gegen mechanische Beschädigung
schützen. Der äußere Stirndeckel kann somit dünner sein, um
das Verpackungsmaterial an den Rollenenden festzuhalten und
die Rolle gegen Feuchtigkeit zu schützen. Haufig werden die
Farbe und die gedruckten Muster des äußeren Stirndeckels so
gestaltet, daß sie der Rolle ein schmuckes Aussehen
verleihen.
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Die Stirndeckel können auf den Rollenenden auf viele
verschiedene Arten angebracht werden. Das manuelle Anbringen der
Stirndeckel ist das älteste Verfahren und es ist immer noch
geeignet für Verpackungslinien mit relativ kleiner Kapazität
oder bei Anwendungen, bei denen kein verbesserter
Automationsgrad erforderlich ist. Hierbei bringt die Bedienperson
einfach die inneren Stirndeckel manuell auf den Rollenenden
und die entsprechenden äußeren Stirndeckel auf erwärmten
Preßplatten an, die als nächstes die äußeren Stirndeckel für
ein Verkleben an die Rollenenden pressen. Die inneren
Stirndeckel werden gegen die Rollenenden mittels eines getrennten
Haltearms für die Dauer des Umfaltens der Überlappungen des
Verpackungsmaterials gegen die Rollenenden, gegen die
Rollenenden
gehalten. Das Haften der äußeren Stirndeckel auf den
Platten wird wiederum mittels Vakuum erreicht.
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Verschiedene Arten automatischer Stirndeckelmaschinen waren
lange in Benutzung und mehrere unterschiedliche Typen einer
solchen Ausrüstung sind bekannt. Ein gemeinsames Merkmal fast
aller automatischen Stirndeckelmaschinen besteht darin, daß
für jedes Ende der Rolle eine getrennte Vorrichtung mit einer
Stirndeckelgreifvorrichtung vorgesehen ist, die für das
Bewegen des Stirndeckels vom Stirndeckelstapel zum Rollenende
dient. In einer Stirndeckelmaschine des Standes der Technik
ist ein drehbarer Arm auf einem vertikalen Führung montiert,
wobei der Arm an seinem Ende eine drehbare
Vakuumgreifvorrichtung für das Ergreifen der Stirndeckel aufweist. Eine
solche Stirndeckelmaschine wird konventionellerweise in
Verbindung mit unterschiedlichen Arten von
Stirndeckelspeichergestellen verwendet, die beiderseits der Stirndeckelmaschine
angeordnet sind. Unter Verwendung dieser Maschine werden die
Stirndeckel auf den Rollenenden plaziert, so daß der Stützarm
der Greifvorrichtung entlang der vertikalen Führung bis zum
Niveau des Gestells bewegt wird, das die korrekte Größe von
Stirndeckeln enthält. Als nächstes wird der Stützarm der
Greifvorrichtung und die Stirndeckelmaschine selbst gedreht,
bis die Maschine parallel zum Gestell ausgerichtet ist,
danach wird der Stirndeckel ergriffen und vom Gestell zum
Rollenende durch die Drehung des Armes und der
Stirndeckelmaschine und durch Bewegen der Stirndeckelmaschine entlang der
Führung bewegt.
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> Bei einem anderen System sind die Stirndeckel in Stapeln auf
dem Fabrikhallenboden plaziert und werden von dort mittels
Montageturmstirndeckelmanipulatoren zu den Rollenenden
bewegt. Der Montageturmtransferträger ist über den
Stirndeckelstapeln errichtet und die Stirndeckelmanipulatoren sind im
allgemeinen auf einer einzigen kreuzweise beweglichen Schiene
angeordnet. Somit muß ein getrennter Stapel von Stirndeckeln
einer vorgegebenen Größe für jeden Stirndeckelmanipulator
vorgesehen werden.
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Ein Hauptnachteil der oben beschriebenen Systeme besteht
darin, daß eine getrennte Stirndeckelmaschine und ein
zugewiesenes Stirndeckelspeichergestell oder ein
Stirndeckelstapel für beide Rollenenden erforderlich sind. Die verwendeten
Stirndeckelmaschinen sind ausschließlich für die Manipulation
der Stirndeckel gebaut, wobei ihre Steuersoftware speziell
für jede Betriebsumgebung maßgeschneidert ist. Somit sind
Modifikationen beim Betrieb des Systems umständlich und
erfordern speziallisierte Gestaltungsfähigkeiten.
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Um diese Hindernisse zu überwinden, kann ein industrieller
Standardmehrachsenroboter für das Anbringen der Stinrdeckel
verwendet werden. Ein solcher Roboter kann in die Gestaltung
der Verpackungslinie in einer Art integriert werden, die es
gestattet, daß der Roboter einen Stirndeckel auf beiden Enden
der Rolle anbringt. Für eine effektive Benutzung des Roboters
muß er mit einer zweiseitigen Greifvorrichtung verwehen sein,
die durch eine Kippbewegung der Greifvorrichtung sequentiell
die Stirndeckel für beide Rollenenden aufnehmen kann, wodurch
keine zwei getrennten Stirndeckelholezyklen verwendet werden
müssen. Eine konventionelle zweiseitige Greifvorrichtung ist
jedoch im allgemeinen ungeeigent für das Anbringen der
inneren Stirndeckel. Wenn nämlich der innere Stirndeckel gegen
das Rollenende gebracht wird, wird zuerst ein Haltearm gegen
den inneren Stirndeckel gedreht, um ihn gegen das Rollenende
zu halten. Nun würde, wenn eine zweiseitige Greifvorrichtung
verwendet würde, in welcher die beiden gegriffenen
Stirndeckel in derselben Achse der Greifvorrichtung ausgerichtet
sind, der Stirndeckelhaltearm zuerst den Stirndeckel auf der
Seite außerhalb des Rollenendes treffen und eine Beschädigung
des Stirndeckels oder seine Loslösung von der
Vakuumklemmvorrichtung verursachen. Darüberhinaus könnte der Haltearm sich
nicht gegen den Stirndeckel am Rollenende drehen, wodurch der
schon angebrachte Stirndeckel im Ergebnis vom Rollenende
gelöst würde.
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Aus den obigen Gründen muß die Greifvorrichtung mit einem
Mechanismus versehen sein, der mindestens einen der
Saugstirndeckelteile der Greifvorrichtung so bewegen kann, daß die
Saugstirndeckelgreifvorrichtungen asymmertrisch versetzt
sind, um somit zu ermöglichen, daß sich der
Stirndeckelhaltearm frei gegenüber den Stirndeckel drehen kann, der schon am
Rollenende angebracht ist. Ein solcher Mechanismus kann
mittels einer Führungsschiene und eines Bewegungsmotors oder
alternativ mittels verschiedener Arten von Hebelmechanismen
implementiert werden.
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Offensichtlich ist die Implementierung eines solchen
Bewegungsmechanismuses in einer Greifvorrichtung eine
anspruchsvolle Aufgabe. Die Greifvorrichtung des Roboterarms sollte
eine maximale Betriebszuverlässigkeit und ein leichtes
Gewicht bieten, da die Masse der Greifvorrichtung direkt die
verfügbare Nutzlastkapazität, Betriebsgeschwindigkeit und
Genauigkeit des Systems, beeinflußt. Die zusätzlichen
Mechanismen erhöhten die Masse der Greifvorrichtung und erfordern
eine getrennte Verdrahtung für die Leistungsversorgung und für
die Steuerung. Das Führen der Leiter zur Greifvorrichtung des
Roboterarms ist offensichtlich eine schwierige Aufgabe. Somit
kann die Implementierung eines relativ einfachen
Bewegungsmechanismuses in einer Greifvorrichtung zu erheblichen
technischen Problemen führen. Es muß ferner beachtet werden, daß
der Bewegungsmechanismus eine zusätzliche Achse zum System
hinzufügt, was die Anpassung der Robotersoftware an die
Betriebsumgebung kompliziert, was einen erhöhten
Programmieraufwand erfordert.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
einfache zweiseitige Greifvorrichtung für das Handhaben der
inneren Stirndeckel von Papierrollen zu schaffen.
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Die Erfindung basiert auf dem Anbringen der Saugteile der
Greifvorrichtung in einer solchen festen und asymmetrischen
Art an der Greifvorrichtung, daß die zentralen Achsen der
Stirndeckel, die durch die Greifvorrichtung ergriffen werden,
um eine Distanz zueinander verschoben sind.
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Die erfindungsgemäße Greifvorrichtung ist insbesondere durch
die Merkmale gekennzeichnet, die im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 angegeben sind.
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Die Erfindung bietet wesentliche Vorteile.
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Die Verwendung einer zweiseitigen Greifvorrichtung ist eine
Notwendigkeit, wenn das Anbringen der Rollenstirndeckel unter
Verwendung nur eines einzigen Roboters vorgenommen werden
soll. Durch die Verwendung einer einseitigen Greifvorrichtung
wird die Zykluszeit des Anbringens der Stirndeckel
übertrieben lang, was die Investition in einen teuren
Industrieroboter verhindert. Eine obligatorische Vorraussetzung für
Hochgeschwindigkeitsverpackungslinien besteht in einer kurzen
Zykluszeit des Anbringens des Stirndeckels, was nur durch eine
Minimierung der Zahl der Bewegungen, die durch den
Stirndeckelhandhabungsroboter durchgeführt werden, erreicht werden
kann. Die vorliegende Erfindung macht es möglich, eine
zweiseitige Greifvorrichtung in einer extrem einfachen und
kosteneffektiven Weise zu implementieren. Beide Saugteile der
Greifvorrichtung können identisch sein und mittels
Befestigungsvorrichtungen, die in Fehlersituationen nachgeben,
befestigt werden, um somit eine Beschädigung der Greifvorrichtung
zu verhindern und eine leichte und schnelle Reparatur der
Befestigungsvorrichtungen zu ermöglichen. Die Greifvorrichtung
braucht keinen Bewegungsmechanismus. Somit kann die
Herstellung der Greifvorrichtung mit einer minimalen Anzahl von
Teilen erfolgen und sie bietet eine maximale
Betriebszuverlässigkeit, ein leichtes Gewicht und eine einfache Konstruktion.
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Die Erfindung wird als nächstes detaillierter unter Bezug auf
die angefügten Zeichnungen untersucht.
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Figur 1 zeigt das Anbringen des Stirndeckels mit der Hilfe
eines Roboters, der eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung
verwendet.
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Figur 2 zeigt das Anbringen des Stirndeckels von der Seite
der Rolle, die verpackt wird.
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Figur 3 zeigt das Anbringen des ersten Stirndeckels, gesehen
von einem Ende der Rolle, die verpackt wird; und
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Figur 4 zeigt das Anbringen des zweiten Stirndeckeis, gesehen
vom anderen Ende der Rolle, die verpackt wird.
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In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bezeichnet
der Ausdruck "erster Stirndeckel" den Stirndeckel, der als
erstes auf einem Ende der Rolle plaziert wird. Die
Stirndeckel sind durch gestrichelte Linien in den Zeichnungen
gezeigt, um die Konstruktion der Greifvorrichtung
übersichtlicher zu halten.
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Unter Bezug auf Fig. 1 ist rechts ein Stirndeckelstapel 1
gezeigt, und eine Rolle 18, die verpackt werden soll, ist links
gezeigt, wie sie auf den Stützrollen 17 plaziert ist,
zusammen mit einer Greifvorrichtung 15 für die Überlappungen des
Verpackungsmaterials und einem Haltearm 16 des Stirndeckels.
Zwischen diesen ist ein Industrieroboter 2 angeordnet, der
für die Bewegung der Stirndeckel zu den Enden der Rolle 18,
die verpackt wird, dient. Der Arbeitsbereich des Roboters 2
ist als ein Gebiet 3 dargestellt, das durch gestrichelte
Linien auf der Seite des Kopfstapels 1 skizziert ist. Dieses
Gebiet wird Greifgebiet genannt. Entsprechend wird das Gebiet
4, das durch den Bewegungsbereich des Roboters 2 auf der
Seite der Rolle 18 abgedeckt wird, das Ausbringgebiet
genannt. Die Grenzlinie, die durch den Bereich der
Bewegungsgebiete 3 und 4 gebildet wird, ist durch den Bewegungsbereich
des entferntesten Gelenks 19 des Roboters bestimmt. Die
Greifvorrichtung ist am Handgelenk 19 befestigt. Die
Greifvorrichtung umfaßt ein Armteil 14, dessen eines Ende am
Handgelenk
19 des Roboters befestigt ist und dessen anderes Ende
zwei Saugteile 11, 12 trägt, deren Ebenen parallel zueinander
ausgerichtet sind und deren Seiten in entgegengesetzte
Richtungen zeigen. Beide Saugteile 11, 12 umfassen eine
Basisplatte und eine Zahl federnder Saugnäpfe 13, die flexibel an
der Basisplatte angebracht sind. Für beide Saugteile 11, 12
kann ein Greifzentralpunkt T bestimmt werden, der dem Punkt
entspricht, auf den die Zentralachse 20, 21 eines korrekt
gegriffenen Stirndeckels ausgerichtet sein sollte. Die
Saugteile 11, 12 sind am Armteil 14 angebracht, so daß der
Greifzentrumspunkt T1 des ersten Saugteils 12 weiter entfert vom
Handgelenk 19 des Roboeters 2 in Richtung der Längsachse des
Armteils 14 als der Greifzentrumspunkt T2 des zweiten
Saugteils 11 ist. Die Saugteile 11, 12 sind asymmetrisch in der
oben beschriebenen Art am Armteil 14 mit einem asymetrischen
Versatz s befestigt.
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Die Vorteile der asymmetrische Befestigung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung der Arbeitsweise des
Roboterstirndeckelbefestigungssystems deutlich. Die Arbeitsreihenfolge
wird gestartet durch das Aufnehmen eines Stirndeckels vom
Stirndeckelstapel 1. Diese Position des Roboters ist durch
die Bezugszahl 5 in dem Teil der Fig. 1 gezeigt, wo ein
Stirndeckel 9 von einem vollen Stirndeckelstapel 1 genommen
wird. Die Bezugszahl 7 bezeichnet die Roboterposition, die
dem Ergreifen eines Stirndeckels von einem nahezu geleerten
Stapel entspricht. Im in Fig. 1 gezeigten Fall wurde die
Greifvorrichtung zuerst zum Ergreifen des zweiten
Stirndeckels 9 verwendet, das ist der Stirndeckel, der als letzter
an den Enden der Rolle 18 angebracht werden soll. Der zweite
Stirndeckel 9 wird immer vom zweiten Saugteil 11 ergriffen,
dessen Greifzentrumspunkt T sich dichter am Handgelenk 19 des
Roboters befindet. Als nächstes wird die Greifvorrichtung
leicht angehoben und um 180º um die Längsachse des Armteils
14 gedreht. Die Position der Greifvorrichtung in der Mitte
der Drehung ist durch die Bezugzahl im zugehörigen Teil der
Fig. 1 bezeichnet. Nachdem die Drehbewegung beendet ist, wird
der erste Stirndeckel 10 vom ersten Saugteil 12 ergriffen.
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Als nächstes wird die Greifvorrichtung mit den ergriffen
Stirndeckeln 9, 10 neben die zu verpackende Rolle 18
gesteuert und die Stirndeckel werden an den Rollenenden angebracht.
Die Bezugszahl 8 in Fig. 1 bezeichnet die Position der
Greifvorrichtung und des Roboters 2 vor dem Anbringen der
Stirndeckel 9, 10 an den Enden der Rolle 18. Der Schritt des
Anbringens der Stirndeckel 9, 10 an den Rollenenden ist in den
Figuren 2 - 4 gezeigt.
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Unter Bezug auf Fig. 2 ist die Rolle 18 gezeigt, wie sie auf
den Stützrollen 17 liegt, wenn man von der Seite des Roboters
2 in der gleichen Art wie in Fig. 1 schaut. Somit wird der
erste Stirndeckel 10 auf dem rechten Ende der Rolle
angebracht und der zweite Stirndeckel 9 wird dann auf dem linken
Ende der Rolle angebracht. Obwohl das Anbringen der beiden
Stirndeckel in einem einzigen Diagramm gezeigt ist, werden
sie in der Praxis in aufeinanderfolgenden Schritten
angebracht.
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Während des Anbringens des ersten Stirndeckels 10 wird die
Greifvorrichtung auf die Position gesteuert, die auf der
rechten Seite der Fig. 2 gezeigt ist. Hier steht das erste
Saugteil 12 mit dem anhaftenden Stirndeckel 10 der Rolle 18
gegenüber, um so den Stirndeckel parallel mit dem Ende der
Rolle 18 auszurichten. In vertikaler Richtung wird der
Stirndeckel 10 nicht prazise mit dem Zentrum des Endes der Rolle
18 ausgerichtet, sondern etwas darüber. In dieser Position
wird der Stirndeckel 10 vorn Saugteil 12 freigegeben, so daß
der Stirndeckel auf die Stützrollen 17 fallen kann, nachdem
der Haltearm 16 in der in Fig. 2 gezeigten Art gegen den
Stirndeckel 10 gedreht wurde, um so andrückend den
Stirndeckel 10 gegen das Rollenende während der Dauer des
Umfaltens des Verpackungsmaterials zu halten. Sobald der Haltearm
16 gegen den Stirndeckel 10 gedreht wurde, kann die
Greifvorrichtung vom Ende der Rolle weggesteuert und zum
entgegengesetzten Ende bewegt werden, wo das zweite Saugteil 11 mit dem
zweiten Stirndeckel 9 in eine identische Position relativ zum
Rollenende gesteuert wurde, wie das beim ersten Stirndeckel
beschrieben wurde. An diesem Ende nimmt das erste Saugteil 12
eine Position an, die niedriger ist als die des Saugteils 11,
das dem Ende der Rolle 18 gegenüber steht, aber da der
Stirndeckel 10 nicht mehr am Saugteil haftet, kann der Haltearm 16
frei gegen den zweiten Stirndeckel gedreht werden, wonach der
Stirndeckel entsprechend auf die Stützrollen 17 fallen
gelassen wird.
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Fig. 3 zeigt das Anbringen des ersten Stirndeckels, gesehen
vom Ende der Rolle und Fig. 4 zeigt entsprechend das
Anbringen des zweiten Stirndeckels 9.
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Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, wird der Stirndeckel
nicht vollständig zentral mit dem Ende der Rolle 18
ausgerichtet, sondern auf die Stützrollen 17 fallen gelassen. Das
wird deswegen vorgenommen, da der gegenseitige Versatz s der
Saugteile nicht auf eine so große Entfernung vergrößert
werden kann, die es gestattet, daß für alle Größen von
Stirndeckeln der Haltearm des ersten Stirndeckels 10 hinter die
Kante des zweiten Stirndeckels 9, der von der
Greifvorrichtung gehalten wird, gedreht werden kann. Wenn man die
asymmetrische Distanz übetrieben groß macht, so würde das dazu
führen, daß das erste Saugteil 12 bei Stirndeckeln mit kleinerem
Durchmesser auf dem Weg des Haltearms des zweiten
Stirndeckels 9 verbleiben würde oder sogar auf die Stützrollen
schlagen würde. Darüberhinaus erhöht ein größerer
gegenseitiger Versatz s der Saugteile die externen Abmessungen der
Greifvorrichtung, was die Bewegung der Greifvorrichtung durch
den Roboter 2 erschwert. Eine Einschränkung anderer Art wird
durch die Tatsache gebildet, daß der Stirndeckel nicht aus
einer zu großen Höhe fallen gelassen werden kann, da dies den
Stirndeckel beschädigen würde, zu einem Fallen in eine
falsche Position oder sogar weg von den Stützrollen oder in eine
geneigte Position gegen das Rollenende hin führen wirde,
wodurch der Stirndeckel umgebogen wird, wenn der Haltearm gegen
ihn geseuert wird. Somit muß der asymmetrische Versatz der
Saugteile und die Fallhöhe der Stirndeckel für den
Größenbereich
der anzubringenden Stirndeckel optimiert werden, damit
diese auf eine Art angebracht werden, die den asymmetrischen
Versatz des Saugteils und die Stirndeckelfallhöhe minimiert.
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Neben der oben beschriebenen Ausführungsform kann die
vorliegende Erfindung alternative Ausführungsformen aufweisen. Die
Konstruktion der Stirndeckelgreifteile in der
Greifvorrichtung kann frei variiert werden, während die
Greifvorrichtungsstruktur, die oben beschrieben wurde und die mehrere
federnde Saugnäpfe für das Greifen der Stirndeckel verwendet,
einen fehlerfreien und zuverlässigen Betrieb bei Anwendungen
des Standes der Technik gezeigt hat. Wenn die Bewegung der
Greifvorrichtung mit einem Mehrachsenroboter implementiert
wird, so muß die Asymmetrie der Greifvorrichtung, das ist der
gegenseitige Versatz der Saugteile sich nicht entlang der
Längsachse des Armes 14, der die Greifvorrichtung stützt,
befinden, sondern kann dazu rechtwinklig oder geneigt zur
Längsachse des Armes ausgebildet sein, da die Bewegung der
Greifvorrichtung durch den Roboter 2 in gewünschter Weise
implementiert werden kann. Statt eines Armes 14 kann der
Stützkörper für die Greifvorrichtung in alternativen Gestaltungen,
beispielsweise in Form eines Rohrrahmens oder einer
Schalenstruktur gestaltet sein. Die erfindungsgemäße
Greifvorrichtung kann auch in einer
Montageturmstirndeckelanbringvorrichtung verwendet werden, in welcher die Stirndeckel unter
Verwendung nur eines Manipulators angebracht werden. In
diesem Fall werden die zu greifenden Stirndeckel vorteilhafter
in vertikaler Stellung, auf ihren Kanten ruhend, oder in
leichter Neigung zur Vertikalen angebracht.
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Die Greifvorrichtung muß offensichtlich mit Sensoren versehen
sein, die für die Anwendung geeignet sind.