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Die
Erfindung betrifft eine Maschine zum Ausstatten von Gefäßen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Gefäßbehandlungsmaschinen
wie Etikettiermaschinen oder dgl. bestehen in der Regel aus mehreren
Baugruppen (Karussell, Förderschnecken, Sternräder, Etikettieraggregate),
die wegen der häufig
formschlüssig
erfolgenden Gefäßübergabe
und lagerichtig auszuführenden
Behandlungsvorgängen, beispielsweise
Anbringen eines Etiketts auf ein Gefäß, nicht nur geschwindigkeitssynchron,
sondern auch stellung-, d.h. winkelsynchron angetrieben werden.
Deswegen besitzen Maschinen dieser Art einen zentralen Antriebsmotor,
der über
Zahnräder,
Ketten, Zahnriemen, Kardanwellen oder dgl. die einzelnen Baugruppen
geschwindigkeits- und stellungssynchron zueinander mit veränderbarer
Geschwindigkeit antreiben kann. Zusätzlich sind häufig schaltbare Kupplungselemente
vorhanden, um in speziellen Betriebssituationen einzelne Maschinengruppen
vom Zentralantrieb abtrennen zu können, z.B. Etikettieraggregate,
die für
bestimmte Ausstattungsvarianten nicht benötigt werden. Ferner sind zum
Schutz bestimmter Maschinengruppen Überlastkupplungen vorhanden,
die im Falle von Verklemmungen oder dgl. mechanische Schäden verhindern
sollen.
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Dieses
konventionelle Antriebskonzept verursacht aufgrund der bisweilen
sehr großen
Zahnraddurchmesser, Zugmittel- bzw. Kardanlängen und der zahlreichen Kupplungselemente
hohe Herstell- und Montagekosten. Ferner erzeugen die Kraftübertragungselemente
häufig
Geräusche,
deren Beseitigung zusätzlichen
Aufwand erfordert (siehe
DE
31 12 067 C2 ).
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Demzufolge
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Antriebskonzept
für Gefäßbehandlungsmaschinen
anzugeben.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
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Aufgrund
der vorgeschlagenen Lösung
können
die bisher erforderlichen mechanischen Kraftübertragungselemente zwischen
den einzelnen Baugruppen der Maschine entfallen, weil die einzelnen, den
jeweiligen Maschinenbaugruppen zugeordneten Motoren synchron betrieben
werden. Besonders vorteilhaft geeignet sind permanentmagneterregte
Synchronmotoren, die an eine gemeinsame Spannungsquelle gekoppelt
sind und wodurch der funktionswichtige winkelsynchrone Gleichlauf
sichergestellt ist. Als Spannungsquelle mit veränderbarer Frequenz können z.B.
geeignete Umformer oder an ein Stromnetz mit konstanter Frequenz
angeschlossene Frequenzumrichter verwendet werden.
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Der
geschwindigkeits- und stellungssynchrone Gleichlauf der Motoren
ist vorteilhafterweise sowohl bei unterschiedlicher bzw. wechselnder
Belastung der einzelnen Motoren als auch bei einem Spannungsausfall
gewährleistet,
wenn die Synchronmotoren eingangsseitig selbst bei Ausbleiben der
Versorgungsspannung elektrisch miteinander verbunden bleiben und
sich deshalb gegenseitig stützen
können.
Die notwendigen Übersetzungsverhältnisse
zwischen den einzelnen Baugruppen können durch Verwendung von Motoren
mit entsprechenden Nenndrehzahlen oder Getriebemotoren erreicht
werden.
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Werden
die Synchronmotoren auch im Stillstand mit einer Null Hertz aufweisenden
Spannung, d.h. einem Gleichspannungshaltestrom, versorgt, behalten
die Motoren ihre gegenseitige Drehstellungszuordnung bis zum nächsten Wiederanlauf
bei. Soll die Versorgungsspannung abgeschaltet werden, z.B. nach
Betriebsschluß,
können
die einzelnen Synchronmotoren mit mechanisch wirkenden Haltebremsen
in ihrer Drehstellungszuordnung fixiert werden, wobei die Bremsen
vor dem Abschalten der Versorgungsspannung aktiviert werden. Bei
Betriebsbeginn werden die Bremsen der Motoren erst nach Wiederanliegen
der Versorgungsspannung, d.h. des Gleichspannungshaltestromes, an
den Motoren gelöst.
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Mit
dieser Vorgehensweise ist ein in jeder Betriebssituation exakt winkel-
und geschwindigkeitssynchroner Antrieb mehrerer Synchronmotoren in
einer Maschine gewährleistet,
ohne hierfür
noch zusätzliche
Gleichlaufregeleinrichtungen zu benötigen. Es muß lediglich
sichergestellt sein, dass das maximal zulässige Kippmoment der einzelnen
Synchronmotoren nicht überschritten
wird, damit keiner der Synchronmotoren außer Tritt fällt. Aus diesem Grund ist ein
gemeinsamer Frequenzumrichter von Vorteil, der in der Lage ist,
seine Ausgangsfrequenz von Null Hertz beginnend sprungfrei kontinuierlich
zu erhöhen
bzw. wieder auf Null Hertz sprungfrei zurückzuführen, wobei eine Beschleunigungs-
und Verzögerungsrampe,
d.h. ein Frequenzgradient, unter Berücksichtung der vorhandenen
Trägheits-
und Kippmomente einstellbar ist.
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Ferner
ist es vorteilhaft, zwischen der gemeinsamen Spannungsquelle und
den angeschlossenen Motoren spannungsausfallsichere Schaltelemente
vorzusehen, so dass ein Einzelantrieb möglich ist oder einzelne Motoren
bei Bedarf, z.B. wenn ein Etikettieraggregat für eine bestimmte Ausstattungsvariante
nicht benötigt
wird, von der Spannungsquelle trennbar sind, um unnötigen Verschleiß zu vermeiden.
Mittels Drehstellungsgebern (Absolutwinkelgeber) an den Motoren
können
diese in der richtigen Drehstellung abgeschaltet bzw. wieder der
Spannungsquelle zugeschaltet werden.
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Das
An- und Abschalten der Motoren und der elektrisch betätigbaren,
aber mechanisch wirkenden Haltebremsen erfolgt vorteilhafterweise
durch eine Steuerung, vorzugsweise eine speicherprogrammierbare
Maschinensteuerung, wodurch im Gegensatz zu einer manuellen Betätigung Fehlschaltungen
weitgehend vermeidbar sind. Mittels der Drehgeber an den Motoren
kann zugleich eine Positionskontrolle, d.h. Überlastkontrolle erfolgen,
vorzugsweise durch die genannte Steuerung, so dass ein Erreichen
und Überschreiten
des maximal zulässigen
Kippmoments erkenn- und vermeidbar ist. wenn – trotz aller vorsorge – ein Motor
beispielsweise aufgrund einer Blockierung außer Tritt fallen sollte, können alle
Motoren unverzüglich
angehalten und anschließend
nach einer gegenseitigen Winkelausrichtung mit Hilfe der Steuerung
wieder angefahren werden.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der einzelnen, durch einen eigenen
Motor angetriebenen Baugruppen, wenn diese jeweils mit dem zugeordneten
Motor eine räumlich
abgeschlossene Einheit bilden, d.h. der Motor unmittelbar an der
anzutreibenden Baugruppe angeordnet ist. Dies ermöglicht sowohl
bei der Planung als auch später
beim Kunden eine hohe Flexibilität
in der Gestaltung und Anpassung einer Maschine, da nicht – wie bisher – auf vorhandene
Bohrungen in der Tischplatte der Maschine für den Durchgriff einer Antriebswelle
o. dgl. Rücksicht
genommen werden muß.
So ist es ohne weiteres möglich,
nachträglich
beim Kunden mit wenig Aufwand zusätzliche Etikettieraggregate
an freien Stellen des Drehtisches einer Ausstattungsmaschine anzuordnen,
wenn eine aufwendigere Ausstattung mit weiteren Etiketten gewünscht wird.
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Im
Idealfall besitzt jede von einem eigenen Motor angetriebene Baugruppe
ein separates Traggestell bzw. Gehäuse, so dass es unmittelbar
auf dem Boden neben dem Transportkarussell unabhängig von diesem aufstellbar
ist. Bei dieser Ausgestaltung kann ggf. völlig auf eine Tischplatte verzichtet werden,
d.h. auch das Transportkarussell steht frei auf einem eigenen Gestell.
Aufgrund des Mehrmotorenantriebs ist eine Modulbauweise möglich, indem fallweise
bestimmte Standardbaugruppen (Module), wie z.B. Etikettieraggregate
oder Transportsternräder oder
dgl. zu einer individuellen, maßgeschneiderten Maschine
kombiniert werden können.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele anhand
der Fig. erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Draufsicht einer Etikettiermaschine,
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2 eine
Seitenansicht eines Teils der Maschine nach 1 aus der
Blickrichtung X,
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3 eine
Seitenansicht eines Etikettieraggregats nach einer zweiten Ausführung,
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4 eine
Seitenansicht einer zweiten Ausführung
einer Etikettiermaschine,
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5 eine
Draufsicht des Ein- und Auslaufbereiches der Etikettiermaschine
nach 4 und
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6 eine
schematische Draufsicht einer Haftfläche eines Etikettieraggregats.
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Die
in
1 dargestellte Etikettiermaschine besitzt eine
von einem Untergestell getragene Tischplatte
11, auf der
ein Drehtisch
1, ein Einlaufsternrad
5 und ein
Auslaufsternrad
6 drehbar gelagert ist, wobei dem Einlaufsternrad
eine parallel zu einem Förderband
8 ausgerichtete
Einteilschnecke
7 vorgeordnet ist. Am Umfang des Drehtisches
sind drei Etikettieraggregate
2,
3,
4 versetzt
angeordnet. Jedes der Etikettieraggregate besitzt einen umlaufend
antreibbaren Rotor
13 mit mehreren auf einem Teilkreis
angeordneten, mittels Wellen
30 relativ zum Rotor drehbaren
Palettenkörpern
16,
deren Haftfläche
16' einen kleineren
Krümmungsradius
r aufweist, als ein gedachter, die Palettenkörper
16 in ihrer Mittelstellung berührender
Umkreis R, dessen Krümmungsmittelpunkt
konzentrisch zur Drehachse des Rotors
13 ausgerichtet ist
(siehe
6). An diesem Umkreis versetzt sind um den Rotor
13 verteilt
eine rotierende Leimwalze
14, ein feststehender Etikettenbehälter
15 mit
Etikettenzuschnitten
17 und ein Greiferzylinder
12 zum
Abziehen der Etikettenzuschnitte von der Haftfläche der Palettenkörper angeordnet
(
1). Der Greiferzylinder, der Rotor und die Leimwalze
sind durch ein nicht abgebildetes, im Aggregatgehäuse
9 angeordnetes
Zahnradgetriebe mit entsprechenden Übersetzungen gekoppelt und
bewegen sich daher unter ständiger
Beibehaltung ihrer gegenseitigen Drehstellungszuordnung geschwindigkeitssynchron zueinander,
wobei die auf dem Rotor
13 gelagerten Palettenkörper
16 mit
ihrer gekrümmten
Haftfläche
16' eine periodisch
ungleichförmige,
durch eine Steuerkurve bestimmte Schwenk- oder Drehbewegung ausführen (siehe
DE-OS 2 141 306,
DE-OS
22 54 466 ).
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Die
Besonderheit liegt nun darin, dass jedes der drei Etikettieraggregate 2, 3, 4,
der Drehtisch 1, die Sternräder 5, 6,
die Einteilschnecke 7 und das Förderband 8 durch jeweils
einen eigenen Synchronmotor M1 bis M8 mit einem permanentmagneterregten
Rotor geschwindigkeits- und stellungssynchron, d.h. winkelsynchron
zueinander angetrieben werden. Die Synchronmotoren M1 bis M8 besitzen
ein Getriebe G1 bis G8, eine elektrisch betätigbare und mechanisch wirkende
Bremse B1 bis B8, einen Drehstellungsgeber D1 bis D8 und sind alle
an einem gemeinsamen Frequenzumrichter 18 über ein
spannungsausfallsicheres Schaltelement K1 bis K8 angeschlossen,
so dass auch im Falle eines Spannungsausfalls alle Motoren M1 bis
M8 eingangsseitig elektrisch miteinander in Verbindung stehen, wodurch
auch in dieser Situation ein stellungssynchrones Auslaufen der Motoren
durch gegenseitigen, phasengleichen Energieaustausch sichergestellt
ist.
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Der
Frequenzumrichter 18 ist über eine Sicherung 19 an
ein dreiphasiges Stromnetz 20 mit konstanter Netzfrequenz
angeschlossen und erhält eine
Führungsgröße f für die ausgangsseitig
bereitzustellende Ausgangsfrequenz von einer speicherprogrammierbaren
Steuerung (SPS) 21 der Etikettiermaschine. Diese auch noch
andere Funktionen der Etikettiermaschine steuernde SPS 21 ist
mit den Drehstellungsgebern D1 bis D8 der einzelnen Motoren M1 bis
M8 verbunden, um ein „außer Tritt
fallen" eines Motors
bei Überschreitung
seines zulässigen Kippmoments
sofort erkennen zu können.
Außerdem kann
die SPS die Bremsen B1 bis B8 und Schaltelemente K1 bis K8 der Motoren
einzeln ansteuern bzw. betätigen.
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Wie
aus der 2 zu erkennen ist, sind die Etikettieraggregate 2 bis 4 mittels
einer stufenlos verstellbaren Haltevorrichtung 22 relativ
zum Drehtisch 1 sowohl höhen- als auch radial verstellbar
auf der Tischplatte 11 gelagert.
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Ferner
zeigt die 2, dass der Drehtisch 1 an
seiner Oberseite mit Drehtellern 23 ausgerüstet ist,
die dem Maschinenteilungsmaß entsprechend auf
einem Teilkreis gleichmäßig beabstandet
angeordnet sind. Diese Drehteller 23 dienen als programmgesteuert
drehbare Standflächen
für die
zu etikettierenden Flaschen 10 oder dgl., die mittels gesteuert
heb- und senkbaren, mit den Drehtellern stellungsgerecht mitführbaren,
drehbaren Zentrierglocken 24 axial einspannbar sind. In
an sich bekannter Weise kann der Antrieb der Drehteller 23 durch
jeweils einen zugeordneten elektromotorischen Antrieb 25,
z.B. Schritt- oder Servomotor, über
eine programmierbare Steuerung in Abhängigkeit der momentanen Winkelstellung
des Drehtisches 1 erfolgen. Die nicht abgebildete Steuerung
für die
Drehtellerantriebsmotoren 25 ist mit dem Drehstellungsgeber
D1 des Synchronmotors M1, der eine vertikal ausgerichtete, den Drehtisch 1 und
ein darüber
angeordnetes Oberteil 27 für die Zentrierglocken 24 verdrehfest
tragende Mittelwelle 26 antreibt, verbunden.
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Stellvertretend
für die
verschiedenen bekannten Ausführungenvon
Drehtellersteuerungen wird auf das Dokument
DE-OS 31 37 201 verwiesen.
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Aus
der 3 ergibt sich eine zweite Ausführungsform eines Etikettieraggregats,
bei dem die ebenfalls eine gekrümmte
Haftfläche 16' aufweisenden,
oszillierenden oder periodisch ungleichförmig rotierenden Paletten 16 nicht
durch ein mechanisches Kurvengetriebe, sondern durch jeweils einen eigenen,
programmgesteuerten motorischen Antrieb 28 in Abhängigkeit
der momentanen Drehstellung des die Paletten tragenden Rotors 13 betätigbar sind, so
dass bisher nur mit sehr hohen mechanischem Aufwand realisierbare
Funktionen, wie z.B. eine Paletteneinzelschaltung, die eine Etikettenaufnahme durch
eine Haftfläche 16' bei laufender
Maschine unterbindet, wenn beispielsweise eine Flasche mit einem
aufgedruckten Einbrandetikett (Daueretikett) die Etikettiermaschine
passiert, allein durch einen Steuerbefehl eines Programmsteuergeräts 27 ohne
zusätzlichen
Bauaufwand für
Spezialgetriebe oder Schaltkupplungen ausführbar sind Als motorischer Palettenantrieb 28 kommt
jeder für
diese Funktion brauchbare programmsteuerbare Antrieb in Betracht. Besonders
gut geeignet sind wegen ihrer dynamischen Eigenschaften elektrische
Servomotoren, die mit einem das Bewegungsprogramm für die Paletten enthaltenden
Steuergerät 27 mit
Eingabe- und Programmspeicherteil verbunden sind, wobei das Steuergerät 27 mittels
eines Drehstellungsgebers D4.2 am Palettenrotor 13 und
durch Drehstellungsgeber 29 an jeder Palettenwelle 30 fortlaufend
deren momentane Winkelposition erfasst und in Abhängigkeit davon
die Winkelposition der einzelnen Paletten 16 relativ zum
Rotor 13 entsprechend der Programmvorgabe einstellt bzw.
nachregelt.
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Anstelle
von Servoantrieben können
auch Schrittmotoren mit einer entsprechend angepassten Steuerung
zum Einsatz kommen.
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Durch
eine programmgesteuerte motorische Betätigung der Paletten 16 ist
vorteilhafterweise eine hohe Flexibilität des Etikettieraggregats gegeben,
da auch nachträglich
durch eine einfach ausführbare Programmkorrektur
eine Anpassung der Palettenbewegung möglich ist, wenn während einer
Umdrehung des Palettenrotors 13 die Paletten noch weitere und/oder
andere Funktionen ausführen
bzw. ermöglichen
sollen, wie z.B. eine Aufdruckkontrolle, Etikettenperforation oder
Laserdatierung.
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Die
Antriebsmotoren 28 und das Steuergerät 27 können -wie
in 3 angedeutet- auf einer zum Palettenrotor 13 parallel
angeordneten Rotorscheibe 13' angeordnet
sein, wobei die die Paletten 16 tragenden Wellen 30 im
Palettenrotor 13 und der Rotorscheibe 13' drehbar gelagert
sind. Zum Auswechseln der Paletten 16 kann die Rotorscheibe 13' von den Wellen 30 abnehmbar
ausgeführt
sein. zur Energieversorgung und zum Signalaustausch mit der SPS 21 der
Maschine kann das rotierende Steuergerät 27 mit nicht dargestellten
Schleifringkontakten ausgerüstet sein.
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Gemäß der 3 kann
ein Etikettieraggregat -im Gegensatz zu der vorhergehend im Zusammenhang
mit der 2 erläuterten Ausführung- für den Antrieb
des Greiferzylinders 12, des Palettenrotors 13 und
der Leimwalze 14 mit jeweils einem eigenen motorischen
Antrieb M4.1, M4.2, M4.3 ausgerüstet
werden, wobei für
diese Aufgabe wegen des kontinuierlich gleichförmigen und winkelsynchronen
Bewegungsablaufs wiederum permanent erregte Synchronmotoren von
Vorteil sind, die an dem gemeinsamen Frequenzumrichter 18 der
Etikettiermaschine über
spannungsausfallsichere Schaltelemente so angeschlossen sind, dass
sie auch bei einem Spannungsausfall untereinander elektrisch verbunden bleiben,
um ein winkelsynchrones Auslaufen sicherzustellen. Die elektrisch
betätigbaren,
mechanisch wirkenden Bremsen B4.1, B4.2, B4.3 und die Drehstellungsgeber
D4.1 und D4.2 sind mit der SPS 21 verbunden. Die Motoren
M4.1, M4.2, M4.3 sind zur Erzielung der erforderlichen Übersetzungsverhältnisse
mit einem Getriebe G4.1 bis G4.3 ausgerüstet und an der Unterseite
einer Aggregattragplatte 36 befestigt.
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Wegen
des Mehrmotorenantriebs der Etikettiermaschine ist eine vom klassischen
Maschinengrundaufbau mit einem für
alle Baugruppen gemeinsamen Gestell und einer darauf befestigten
Tischplatte völlig
abweichende Bauform möglich,
die in 4 schematisch angedeutet ist. Die dort gezeigte Etikettiermaschine
besitzt im Gegensatz zu der Ausführung
in den 1 und 2 keine Tischplatte. Der Drehtisch 1 ist
in diesem Fall auf einem eigenen Gestell 31 gelagert, das
nur aus drei oder vier Beinen 32 besteht, die das Drehtischlager 33 und
den daran hängenden
Antriebsmotor M1 des Drehtisches 1 halten. Jedes Etikettieraggregat
bildet mit seinem(n) zugeordneten Motor (en) eine vom Drehtischgestell 31 unabhängige, separate
Baueinheit mit einem eigenen Traggestell bzw. -gehäuse 34.
Aufgrund dessen kann jedes Etikettieraggregat vorteilhafterweise
an einer beliebigen, freien Stelle am Umfang des Drehtisches aufgestellt
und fixiert werden, z.B. am Hallenboden.
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Die
zum Zuführen
der Flaschen 10 auf den Flaschentisch 1 und nachfolgendem
Abführen
der behandelten Flaschen erforderlichen, synchron antreibbaren Flaschenförderelemente (Einteilschnecken,
Sternräder,
Förderbänder) können in
der gleichen Weise wie die Etikettieraggregate zusammen mit ihrem
jeweils zugeordneten Motor eine eigenständige, abgeschlossene Baueinheit
mit einem eigenen Gestell bilden. Ein entsprechendes Beispiel zeigt
die 5.
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Wie
dort zu erkennen ist, werden die Flaschen 10 mittels einem
radial zum Drehtisch 1 ausgerichteten Zuförderband 37 einer
Einteilschnecke 7 zugeführt,
die tangential zum Drehtisch angeordnet ist und die Flaschen unmittelbar
vom Zuförderer 37 auf
den Drehtisch 1 transferiert. Das Abführen der behandelten Flaschen
vom Drehtisch 1 auf ein ebenfalls radial zum Drehtisch
verlaufendes Abförderband 38 erfolgt
durch einen geschwindigkeitssynchron zum Drehtisch angetriebenen
Riemen 39 und ein mit Zwischenabstand stationär gegenüberliegendes elastisches
Schwammgeländer 40,
das die frisch auf die Flaschen 10 gebrachten Etiketten
nochmals gegen die Flaschenwand durch Abrollen der Flaschen andrückt. Sowohl
der Riemen 39 als auch das Schwammgeländer 40 sind wie die
Einteilschnecke 7 tangential zum Drehtisch 1 angeordnet
und werden von einem im wesentlichen aus zwei rechtwinklig verbundenen
Streben und Standbeinen bestehenden Gestell 35 getragen,
auf dem sich auch der für
die Einteilschnecke 7, den Riemen 39 und Förderbänder 37, 38 gemeinsame
Synchronmotor M9 befindet. Davon abweichend könnten die Einteilschnecke,
der Riemen und die Förderbänder von
einem jeweils eigenen Motor angetrieben werden. Diese Lösung kann
erforderlich sein, wenn für
die Förderbänder 37, 38 kurvengängige Plattenketten
verwendet werden, die unterhalb der Einteilschnecke und dem Riemen tangential
unmittelbar bis zum Drehtisch 1 heranreichen sollen.