-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen
der transversalen Position einer Verpackungsmaterialbahn in einer
Maschine zum Verpacken von fließfähigen Nahrungsmitteln.
-
Maschinen
zum Verpacken von fließfähigen Nahrungsmitteln
wie Fruchtsaft, Wein, Tomatensauce, pasteurisierter oder lang haltbarer
Milch (UHT-Milch) sind bekannt; in ihnen werden die Packungen, aus
einem kontinuierlichen Verpackungsmaterialschlauch geformt, der
von einer längsversiegelten
Bahn definiert wird.
-
Das
Verpackungsmaterial hat eine mehrschichtige Struktur, die eine Schicht
aus Papiermaterial aufweist, die auf beiden Seiten mit Schichten
aus heißversiegelbaren
Material, z.B. Polyethylen, bedeckt ist und die im Falle von aseptischen
Packungen für
lang haltbare Produkte, wie z.B. UHT-Milch, auch eine Schicht aus
einem Sperrmaterial aufweist, die z.B. durch einen Aluminiumfilm
definiert wird, der auf eine Schicht des heißversiegelbaren Kunststoffmaterials
aufgetragen bzw. aufgebracht wird und dann seinerseits mit einer
weiteren Schicht von heißversiegelbaren
Kunststoffmaterial bedeckt wird, die dann die innere Fläche der
Packung definiert, die in Kontakt mit dem Nahrungsmittel ist.
-
Bei
der Herstellung von aseptischen Packungen wird die Materialbahn
von einer Rolle abgerollt und durch eine aseptische Kammer geführt, in
der sie sterilisiert wird, z.B. durch Aufbringen eines Sterilisationsmittels,
wie z.B. Wasserstoffperoxid, das später durch Erhitzen verdampft
wird, und/oder durch Bestrahlen des Verpackungsmaterials mit einer
Strahlung einer geeigneten Wellenlänge und Intensität; die sterilisierte
Bahn wird zu einem Zylinder gefaltet und der Länge nach versiegelt, um auf
bekannte Art und Weise einen kontinuierlichen, vertikalen, längsversiegelten
Schlauch herzustellen. Der Verpackungsmaterialschlauch bildet mit
anderen Worten eine Verlängerung
der aseptischen Kammer und wird kontinuierlich mit dem fließfähigen Nahrungsmittel
gefüllt,
er wird dann zu einer Form- und
(transversalen) Versiegeleinheit geschickt, um die einzelnen Packungen herzustellen.
Hier wird der Schlauch zwischen Backenpaaren eingespannt, um den
Schlauch transversal zu versiegeln und kissenförmige Packungen herzustellen,
die durch Durchschneiden der versiegelten Abschnitte zwischen den
Packungen hergestellt werden.
-
Die
kissenförmigen
Packungen werden dann zu einer abschließenden Formstation vorgeschoben, wo
sie mechanisch in die endgültige
Form gefaltet werden.
-
In
bekannten Verpackungsmaschinen des Typs, der kurz beschrieen wurde,
wird die Verpackungsmaterialbahn, bevor sie zu einem Schlauch geformt
wird, entlang einem Weg vorgeschoben, der durch Paare von zylindrischen
Walzen mit oder ohne Antrieb definiert wird, die sich über die
gesamte Breite der Bahn erstrecken, aber die Bahn nicht transversal
lenken.
-
Die
transversale Position der Bahn wird durch manuell eingestellte Führungsvorrichtungen definiert,
die ein Paar von Walzen aufweisen, die auf gegenüberliegenden Seiten mit einem
Längsabschnitt
der Bahn nahe der Kante zusammenwirken und die von einem Gleitelement
getragen werden, das sich entlang einer Führung in einer Richtung parallel
zur Bahnvorschubebene und senkrecht zur Bahnvorschubrichtung bewegen
kann.
-
Jeder
Fehler in der transversalen Position der Bahn – der z.B. passieren kann beim
Aneinanderkleben von zwei. Rollen oder wenn die Bahn seitlich abweicht
und nicht ganz gerade ist – kann
zu fehlerhaften Packungen führen.
-
Wenn
ein Fehler ermittelt wird, z.B. durch Prüfen der aus der Maschine kommenden
Packungen, kann der Fehler durch manuelles Einstellen der Führungsvorrichtung
korrigiert werden. Die Zeit, die nötig ist, um die Maschine zu
stoppen, die manuelle Einstellung vorzunehmen und die Maschine wieder zu
starten, führt
allerdings zu beträchtlichen
Produktionsverlusten, sowohl was die Ausfallzeit als auch was den
Packungsausschuss betrifft.
-
EP-A-0
307 125 offenbart eine Vorrichtung zum Einstellen der transversalen
Position einer Verpackungsmaterialbahn in einer Verpackungsmaschine,
die die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 hat.
-
Die
Vorrichtung beinhaltet insbesondere ein Paar von seitlich versetzten
optischen Sensoren, die die Position einer Kante der Bahn ermitteln,
und einen Steuerkreis zum Betätigen
eines Elements, das die seitliche Position der Bahn steuert, so
dass die Bahnkante zwischen dem Sensorenpaar bleibt.
-
Ein
Abfühlen
bzw. Abtasten der Bahnkante ist nicht in allen Situationen durchführbar oder
ratsam oder kann eine technische Einschränkung darstellen. Es besteht
deshalb auf diesem Gebiet ein Bedarf an einer verbesserten Vorrichtung,
die diese Einschränkungen
nicht aufweist.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte
Vorrichtung zum Einstellen der transversalen Position einer Verpackungsmaterialbahn,
die mit Löchern
versehen ist, die Öffnungsvorrichtungen
aufnehmen können,
und insbesondere einer mehrschichtigen Verpackungsmaterialbahn zum
Herstellen von aseptischen Packungen bereit zu stellen.
-
Diese
Ziele werden durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht.
-
Eine
bevorzugte, nicht einschränkende
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Vorderansicht einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Einstellen der transversalen Position einer Verpackungsmaterialbahn;
-
2 und 3 jeweils eine Vorderansicht und eine
perspektivische Ansicht eines Details aus 1; 4 schematisch
ein Steuersystem der Vorrichtung aus 1;
-
5 ein Operationsblockdiagramm
einer Steuereinheit des Systems aus 4.
-
Nummer 1 in 1 und 3 bezeichnet insgesamt eine Vorrichtung
zum Einstellen der transversalen Position einer Ver packungsmaterialbahn
in einer Verpackungsmaschine (nicht dargestellt) zum Herstellen
von Packungen, die ein fließfähiges Nahrungsmittel
wie pasteurisierte Milch oder UHT-Milch, Fruchtsaft, Wein usw. enthalten.
-
Die
Maschine ist insbesondere ausgelegt, aus einem Verpackungsmaterialschlauch,
der durch Längsfalten
und Längsversiegeln
einer Bahn 2 aus heißversiegelbaren
Bahnenverpackungsmaterial geformt wurde, aseptisch versiegelte Packungen
herzustellen, die fließfähige Nahrungsmittel
enthalten.
-
Das
Material umfasst üblicherweise
eine Schicht 4a aus Papiermaterial und eine Schicht 4b aus
Sperrmaterial, die beispielsweise durch eine Aluminiumschicht definiert
wird; die beiden obigen Schichten werden durch eine Zwischenschicht
(nicht dargestellt) aus Thermoplastmaterial, z.B. Polyethylen, aneinander
gefügt
und werden auf gegenüberliegenden
Seiten mit weiteren Polyethylenschichten (nicht dargestellt) beschichtet.
Die Schicht 4a aus Papiermaterial weist eine Abfolge von
Löchern 5 auf,
die vor dem Laminieren geformt werden und an denen die Schicht 4b ganz
bleibt, um ein nachfolgendes Anbringen von Abziehöffnungsvorrichtungen
oder anderen Öffnungsvorrichtungen
(nicht dargestellt) zu ermöglichen,
während
gleichzeitig sicher gestellt wird, dass die Packung bis zur Öffnung unversehrt und
aseptisch bleibt. Die Löcher 5 befinden
sich nahe einer Längskante 6a der
Bahn 2 und sind mit einem Abstand p gleichmäßig von
einander beabstandet, der der Länge
des Bahnabschnitts entspricht, der benötigt wird, um jede Packung
herzustellen.
-
Die
Bahn 2 wird von einer Rolle (nicht dargestellt) abgerollt
und wird durch die Maschine entlang einem Weg vorgeschoben, der
durch eine Mehrzahl von Paaren von Antriebswalzen oder Übertragungswalzen
(nicht dargestellt) definiert wird. Vorrichtung 1 ist für einen
vertikalen Abschnitt des Vorschubwegs der Bahn 2 vorgesehen;
in 1 bezeichnet π die Vorschubebene
der Bahn 2 und A die (vertikale) Vorschubrichtung der Bahn;
im dargestellten Beispiel bewegt sich die Bahn 2 schrittweise
nach unten, mit Stopps von beispielsweise 120 ms zwischen den aufeinanderfolgenden
Schritten.
-
Die
Vorrichtung 1 umfasst im Wesentlichen eine Regulier- und
Führungseinheit 3,
die sich nahe der Längskante 6b gegenüber von
Kante 6a der Bahn 2 befindet; eine Einheit 7 zum
Ermitteln der transversalen Position der Bahn; und eine Steuereinheit 8.
-
Die
Einheit 3 (2 und 3) umfasst insbesondere eine
Haltestruktur 10, die am Maschinenrahmen (nicht dargestellt)
befestigt ist; einen elektrischen Schrittmotor 11, der
an der Struktur 10 befestigt ist; und ein Gleitelement 12,
das von Motor 11 über
einen Übertragungsmechanismus 13 gesteuert wird
und das in einer Richtung B gleitet, die in der Ebene π liegt und
senkrecht zu Richtung A ist. Das Gleitelement trägt ein Greifelement 14 (das
später
im Detail beschrieben wird), um auf gleitende Art und Weise die
Bahn 2 zu greifen und sie in Richtung B zu bewegen.
-
Der
Motor 11 hat insbesondere eine Ausgangswelle 15,
deren Achse parallel zu Richtung 8 ist; und ein Übertragungsmechanismus 13 weist
im Wesentlichen eine Schraube 16 auf, die koaxial mit der
Welle und prismatisch mit dieser verbunden ist, d.h. sie wird von
der Welle 15 rotiert, gleitet aber axial und frei mit Bezug
auf die Welle 15. Die Schraube 16 und die Welle 15 sind
miteinander beispielsweise durch einen radialen Stift 17 verbunden,
der von einem gewindelosen Ende 18 der Schraube getragen wird
und sich auf gleitende Art und Weise in einem axialen Hohlraum (nicht
dargestellt) von Welle 15 befindet; und die Enden des Stifts 17 sind
auf gleitende Art und Weise mit entsprechenden diametral gegenüberliegenden
Längsschlitzen 20 (von
denen nur einer in 2 dargestellt
ist) auf Welle 15 in Eingriff.
-
Die
Schraube 16 ist durch ein Führungselement 22 angebracht,
das an der Struktur 10 angebracht ist, und wird durch eine
am Führungselement 22 angebrachte
Mutter 23 gedreht, so dass die Rotation der Welle 15 und
folglich der Schraube 16 zu einer axialen Verschiebung
der Schraube führt.
-
Das
Ende 24 der Schraube 16 gegenüber von Ende 18 ist
auf winkelfreie und axial fixierte Art und Weise mit dem Gleitelement 12 verbunden,
beispielsweise durch ein Axialdrucklager 25, so dass eine
axiale Verschiebung der Schraube 16 auf das Gleitstück 12 übertragen
wird und vom Gleitstück 12 auf
die Bahn 2 über
das Greifelement 14. Das Gleitstück 12 ist prismaförmig mit
dem Führungselement 22 verbunden
durch zwei seitliche Platten 26, die am Gleitelement angebracht
sind und entlang gegenüberliegender
seitlicher Flächen
des Gleitelements 22 gleiten.
-
Das
Greifelement 14 umfasst im Wesentlichen eine Stützplatte 27,
die mit Scharnieren nahe ihrem eigenen unteren Ende mit dem Gleitstück 12 verbunden
ist, um eine Achse C senkrecht zu den Richtungen A und B. Das gegenüberliegende
Ende der Platte ist mit einem Arm 28 versehen, der am freien Ende
einen gabelförmigen
Gleitschuh 29 stützt,
der einen im Wesentlichen V-förmigen Abschnitt
hat und im Betrieb mit der Kante 6b von Bahn 2 zusammenwirkt.
Das Greifelement 14 wird der elastischen Tätigkeit
einer Feder 30 mit niedriger Steifigkeit ausgesetzt, die
zwischen einem Befestigungselement 31 an Struktur 10 und einem
Hilfsarm 32, der transversal von der Platte 27 hervorsteht,
gestreckt ist. Die elastische Kraft, die von der Feder 30 ausgeübt wird,
ist gering und dient nur dazu, den Gleitschuh 29 in Kontakt
mit Bahn 2 zu halten und so Pendeln von Element 14 im
Einsatz zu verhindern. Die Platte 27 stützt zwei Wellen 33,
deren Achsen parallel zueinander sind, senkrecht zur Platte 27 und
gleich mit Bezug auf Achse C, und die jeweils mit Mitläuferwalzen 34 versehen
sind, die sich auf gegenüberliegenden
Seiten von Bahn 2 drehen. Der Abstand zwischen den Achsen
der Wellen 33 ist praktischerweise anpassbar, um den Kontaktdruck
zwischen den Walzen und dem die Bahn 2 definierenden Material
zu variieren.
-
Im
Gebrauch ist das Greifelement nach vorne geneigt, wie in 2 dargestellt, in einer
Position, die durch eine Balance zwischen dem Wirken der Feder 30,
der Reaktion der Bahn auf den Schuh 29 und der Reibungskraft
zwischen der sich bewegenden Bahn 2 und den Walzen 34 definiert
wird. Da die Reibungskraft mit dem Ansteigen des Kontaktdrucks zwischen
den Walzen 34 und der Bahn 2 ansteigt, steigt
auch die Neigung der Greifelemente 14 entsprechend an.
-
Es
wird nun auf 1 Bezug
genommen. Die Einheit 7 zum Ermitteln der transversalen
Position der Bahn beinhaltet eine Stützstruktur 40, die
am Maschinenrahmen angebracht ist und mit zwei optischen Sensoren 41, 42 (siehe
vergrößerte Detailansicht)
z.B. Lichtleitersensoren versehen ist, die so positioniert sind,
dass sie dem Abschnitt der Bahn 2 mit den Löchern 5 zugewandt
sind, und die an dem Punkt angeordnet sind, an dem die Löcher angehalten
werden, wenn die Bahn 2 schrittweise vorgeschoben wird.
-
Die
Sensoren 41, 42 sind insbesondere quer mit Bezug
auf die Bahn 2 in einen Abstand d voneinander beabstandet,
der etwas weniger ist als die transversale Ausdehnung der Löcher 5,
um die Löcher
nahe entsprechender gegenüberliegender
Enden zu "lesen".
-
Die
Sensoren 41, 42 generieren entsprechende Signale
s1 und S2, die – von
entsprechenden Verstärkern
(nicht dargestellt) richtig verstärkt – an die Steuereinheit 8 (4) weitergegeben werden. Die
Signale s1 und s2 nehmen verschiedene Stadien an, die davon abhängen, ob
der entsprechende Sensor 41, 42 so positioniert
ist, dass er dem inneren Abschnitt des Loches zugewandt ist (d.h.
Schicht 4b aus Aluminiummaterial) oder einer äußeren Kante des
Lochs (d.h. Schicht 4a aus Papiermaterial), so dass die
Sensoren 41, 42 in der Lage sind, zwei transversale
Grenzpositionen der Bahn 2 zu bestimmen, von denen jede
von einem Umschalten von Signal s1 oder s2 definiert wird, wenn
der entsprechende Sensor 41 oder 42 so positioniert
ist, dass er einem entsprechenden Rand von Loch 5 zugewandt ist.
-
Die
Steuereinheit 8 erhält
auch Eingangssignale s3, s4 von der Hauptmaschinensteuereinheit 43, die
z.B. eine PLC-Steuerung ist. Insbesondere bezieht sich s3 auf den
Betriebszustand der Maschine (z.B. s3 = 1, wenn die Maschine im
Einsatz ist; s3 = 0, wenn die Maschine nicht im Einsatz ist); s4
ist ein Freigabesignal für
die Vorrichtung 1, das von Einheit 43 im Takt
mit den anderen Arbeitsschritten, die von der Einheit 43 gesteuert
werden, ausgegeben wird, und variiert impulsförmig von einem niedrigen Wert (s4
= 0) zu einem hohen Wert (s4 = 1), immer wenn die Bahn gestoppt
wird und ein Loch 5 den Sensoren 41, 42 zugewandt
ist.
-
Die
Steuereinheit 8 erzeugt ein Ausgangssignal s5 zum Steuern
des Elektromotors 11.
-
5 zeigt ein Blockdiagramm
des von Steuereinheit 8 ausgeführten Programms.
-
Von
einem Startblock 44 aus initialisiert ein erster Block 45 einen
Zähler
K und wird von einem Erfassungsblock 46 gefolgt, der den
Status der Signale s3 und s4 liest. Der Block 46 geht dann
zu einem Block 47, der bestimmt, ob der Status der beiden
Signale s3, s4 einen Freigabezustand anzeigt (z.B. s3 = 1 und s4
= 1).
-
Im
Falle einer negativen Antwort, geht Block 47 zurück zu Block 46.
Im Falle einer positiven Antwort, geht das Programm weiter zu einem
Block 48, der den Zähler
K erhöht,
und von Block 48 zu einem Vergleichsblock 49,
der den Zählerwert
mit einem vorbestimmten Schwellenwert K0,
z.B. 10, vergleicht.
-
Wenn
K nicht K0 ist, geht der Vergleichsblock 49 zurück zum Erfassungsblock 46;
wenn K jedoch K0 entspricht, geht der Block 49 zu
einem Erfassungsblock 50, um die Signale s1 und s2 der
Sensoren 41, 42 zu erhalten.
-
Der
nächste
Block 51 ermittelt den Status von Signal s1. Wenn er hoch
ist (Sensor 41 im Loch 5), geht der Block 51 zu
einem Block 52, der den Status von Signal s2 bestimmt.
Wenn dieser ebenfalls hoch ist (Sensor 42 im Loch 5)
und so anzeigt, dass die Bahn zwischen den Grenzpositionen positioniert ist,
geht Block zu einem Block 53, der ein Ende des Zyklus anzeigt.
-
Wenn
Block 51 jedoch ein niedriges Signal s1 ermittelt (Sensor 41 ist
außerhalb
von Loch 5, was anzeigt, dass die erste Grenzposition,
die von Sensor 41 ermittelt wird, überschritten wurde), geht Block 51 zu
einem Steuerblock 54, der den Elektromotor 11 so in
eine Richtung (beispielsweise im Uhrzeigersinn) steuert, dass Bahn 2 in
Richtung hin zu der zweiten Grenzposition bewegt wird (in 1 nach rechts). Wenn Block 52 ein
niedriges Signal s2 ermittelt (Sensor 42 ist außerhalb
von Loch 5, was anzeigt, dass die zweite Grenzposition,
die von Sensor 42 ermittelt wird, überschritten wurde) geht Block 52 entsprechend
zu einem Steuerblock 55, der den Elektromotor 11 so
in eine Richtung steuert (z.B. gegen den Uhrzeigersinn), dass die
Bahn 2 in Richtung hin zu der ersten Grenzposition bewegt
wird (in 1 nach links).
-
Der
Betrieb der Vorrichtung 1, die aus der voranstehenden Beschreibung
bereits teilweise klar ist, ist wie folgt. Bei jedem Stopp von Bahn 2,
gibt die Hauptmaschinensteuereinheit 43 ein Freigabesignal s4
für die
Vorrichtung 1 aus. Um Einstellschwankungsprobleme zu vermeiden,
liest und ggf. korrigiert die Vorrichtung 1 nicht alle
Löcher 5,
sondern liest und ggf. korrigiert die Position der Löcher mit
einer vorgegebenen Testfrequenz 1/K0 (z.B.
jedes zehnte Loch).
-
Wenn
ermittelt wird, dass eine der Grenzpositionen überschritten wurde, wird die
Bahn in Richtung B hin zur gegenüberliegenden
Grenzposition bewegt durch Betreiben des Motors 11 in die "Einschraub"- oder "Herausschraub"-Richtung von Schraube 16 in
der Mutter 23; die daraus resultierende Verschiebung von
Gleitstück
12 wird auf die Bahn übertragen
im Wesentlichen durch Schuh 29 in der "Schieb"-Richtung (in den Zeichnungen nach rechts) und
durch die Walzen 34 in der "Zieh"-Richtung
(in den Zeichnungen nach links).
-
Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind
aus der voranstehenden Beschreibung offensichtlich. Die Vorrichtung
stellt insbesondere eine automatische Einstellung der transversalen
Position einer Bahn bereit, was Maschinenstopps, Produktionsverluste
und Ausschuss vermeidet. Die Vorrichtung 1 ist darüber hinaus
preiswert und einfach herzustellen und zieht keine großen Veränderungen von
bekannten Maschinen mit manueller Einstellung nach sich.
-
Es
können
an der Vorrichtung 1 natürlich Änderungen vorgenommen werden,
ohne dass diese vom Umfang der beiliegenden Ansprüche abweichen.
-
Die Übertragungsmechanismus 13 kann
beispielsweise anders ausgebildet sein. Der Elektromotor 11 kann
insbesondere nicht die Schraube 16, sondern die Mutter 23 rotieren,
beispielsweise mit einer Zahnriemenübertragung. In diesem Fall
kann die Schraube 16 fest mit dem Gleitstück 12 verbunden sein
und winkelig arretiert sein, um sich in Reaktion der Rotation der
Mutter bewegen. Die Sensoren 41, 42 können darüber hinaus
in einem etwas größeren Abstand
als die Ausdehnung der Löcher
beabstandet sein (im Gegensatz zu einem schmaleren Abstand), um
die Bahn 2 außerhalb
der Löcher "lesen", und so bei gleichen
Betriebsbedingungen Signale von gegenteiligen Stadien, als den beschriebenen,
genieren.