[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Palettieren von Behältnissen aus magnetisch
erfaßbarem Material, insbesondere von Behältnissen, deren Höhe ein Mehrfaches des
Durchmessers beträgt.
[0002] Bei diesen Behältnissen handelt es sich überwiegend um Aerosoldosen, die üblicherweise
auf schnell laufenden Fertigungsstraßen hergestellt werden, deren Ausstoß bis etwa
300 Dosen pro Minute beträgt. Im Gegensatz zu der Produktion von Konservendosen der
Getränkedosen ist das Palletieren derartiger Aerosoldosen problematisch, weil diese
sehr schlank, hoch und kopflastig sind und daher die Standfestigkeit extrem gering
ist. Bei der geringsten Erschütterung fallen diese Dosen um, so daß das Verpacken
in Kartons von Hand vorgenommen wurde. Hierbei wurden rechenartige Hilfsgeräte benutzt,
bestehend aus einer Anzahl von nebeneinander befindlichen Stangen, auf denen die
einzelnen Dosen aufgefädelt wurden. Um mit dem Ausstoß Schritt zu halten, mußte eine
entsprechende Anzahl von Personen eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich um eine
äußerst monotone Arbeit und es wird der Arbeitstakt der Fertigungslinie den arbeitenden
Personen aufgezwungen.
[0003] Zum Beladen von Paletten, Kartons und dergleichen werden Portalroboter eingesetzt,
bei denen an einem Portalrahmen ein Greifer gehaltert ist, der in mehreren Richtungen
verschiebbar ist. Diese bekannten Maschinen sind jedoch nur für Packgüter verwendbar,
die in sich stabil und in allen drei Ebenen mit geradwandigen Flächen versehen sind.
Diese Packgüter müssen demnach eine gute Standfestigkeit aufweisen. Ein weiterer Nachteil
dieser bekannten Portalroboter besteht in der geringen Geschwindigkeit im Verhältnis
zur Ausstoßgeschwindigkeit von Hochleistungsfertigungsstraßen, wie sie üblicherweise
für die Fertigung runder zylindrischer Dosen anzutreffen sind.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß die betreffenden Behältnisse automatisch in Kartons abgeladen
werden.
[0005] Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein wenigstens ein Zuführband
überspannender Portalrahmen vorgesehen ist, an dem ein quer zum Zuführband und vertikal
verfahrbarer Setzkopf mit einer heb- und senkbaren Magnetleiste zum Erfassen einer
Reihe von Behältnissen angeordnet ist, daß am Ende des Zuführbandes ein Anschlag
sowie bewegliche Seitenführungen vorgesehen sind, wobei neben dem Zuführbandende
wenigstens eine Packstation angeordnet ist, und daß der Einlauf der Behältnisse in
das Zuführbandende, das Verfahren und Absenken des Setzkopfes bzw. der Magnetleiste
und das Abnehmen des gefüllten Kartons über computergesteuerte Einachspositioniersteuerungen
(CNC) vorgesehen ist, wobei eine übergeordnete Koordination über eine speicherprogrammierbare
Steuerung (SPS) erfolgt.
[0006] Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß das Zuführband in zwei parallel
verlaufenden Bandteilen endet und zwischen den Bandteilen zwei Packstationen vorgesehen
sind und daß jedem Bandteil ein Setzkopf zugeordnet ist.
[0007] Eine derartige Vorrichtung hat eine Leistung von etwa 300 Dosen pro Minute. Diese
Leistung läßt sich auf 500 Dosen pro Minute dadurch erhöhen, daß das Bandteil zwei
parallele, unmittelbar nebeneinander verlaufende Bänder aufweist, wobei zwei Setzköpfe
mit ihren jeweiligen Magnetleisten für zwei Dosenreihen vorgesehen sind.
[0008] Vorteilhaft geht man hierbei so vor, daß die Setzköpfe einer Einheit gegeneinander
verschiebbar sind.
[0009] Es ergibt sich somit eine wesentliche Leistungssteigerung ohne besonderen baulichen
Mehraufwand. Unter Beibehaltung der Leistung von 300 Dosen pro Minute kann die Vorrichtung
nur halbseitig gebaut werden, was zu einer Reduzierung der Herstellungskosten auf
etwa 60 % führt.
[0010] Weiterhin ist es vorteilhaft, daß zum Erzielen eines Reihenversatzes der Behältnisse
der Anschlag beweglich und mittels der Steuereinrichtung steuerbar ist.
[0011] Es wird weiterhin vorgeschlagen, daß am Übergang des Zuführbandes in die Bandteile
eine über die Steuereinrichtung gesteuerte Weiche vorgesehen ist und daß der Zulauf
der Behältnisse zu den Enden der Bandteile mittels Zuteilsternen regelbar ist.
[0012] Es ist vorteilhaft, daß auf dem Portalrahmen waagerechte Führungsstangen angeordnet
sind, an denen eine Trägerplatte mit dem Setzkopf geführt ist und daß die Trägerplatte
mittels einer Kugelumlaufspindel angetrieben ist.
[0013] Schließlich wird vorgeschlagen, daß der Setzkopf an einer vertikal angeordneten angetriebenen
Kugelumlaufspindel angebracht ist.
[0014] Die Erfindung bringt den Vorteil, daß die Behältnisse am Ende der Fertigungsstraße
beim Weiterlaufen in der gesamten Maschine so geführt sind, daß ein Umkippen der
Dosen nicht möglich ist. Die Steuerungs- und Halteeinrichtungen sind so gestaltet,
daß beim Anhalten und Wiederanlaufen des Dosenstromes kein Umkippen einer einzelnen
Dose oder einer ganzen Dosenreihe erfolgen kann. So erfolgt dazu ein diskontinuierlicher
Verfahrensablauf, in dem der Setzkopf langsam auf die zu erfassenden Dosenreihe aufsetzt,
nach dem Erfassen auf Höchstgeschwindigkeit beschleunigt und beim Absetzen wieder
abgebremst wird.
[0015] Es läßt sich eine hohe Mengenkapazität dadurch erreichen, daß nicht einzelne Dosen,
sondern jeweils eine ganze Reihe eines Lagenbildes erfaßt und in den Karton gesetzt
wird. Auch hierbei ist eine Zwangshalterung der Dosenreihe vorgesehen, bis sie im
Karton sicher abgesetzt ist und stehen bleibt. Das Packbild, d. h. ob die Dosen in
nebeneinander stehenden Reihen oder auf Lücke stehen, ist frei wählbar. Weiterhin
läßt sich die Vorrichtung auf die Größe und auch die Anzahl einstellen (Wahltasten)
[0016] Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist das Zuführen der die Dosen aufnehmenden Kartons
(Trays) zu den zwei zwischen den Bandteilen angeordneten Packstationen. Hierbei werden
diese Kartons im Ablauftakt der Maschine bzw. des Beladevorganges über Zuführbänder
in die Maschine eingebracht, den beiden Packstationen zugeführt und dort in der horizontalen
Ebene nach zwei Richtungen ausgerichtet.
[0017] Ein weiterer Vorteil der Maschine besteht darin, daß das Grundprinzip des Arbeitsablaufes
der Maschine reversierbar ist, indem eine andere Programmierung der CNC-Steuerung
erfolgt. Dann ist die Maschine als Entlader für die Kartons verwendbar, z. B. zur
Beschickung von Abfüllinien, wie sie überlichweise zum Befüllen von Aerosoldosen
verwendet werden.
[0018] Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand von in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen,
Figur 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Vorrichtung,
Figur 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Figur 1,
Figur 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung an der Packstation,
Fig. 4 eine Ansicht der beweglichen Seitenführung zum Ausrichten der Dosenreihe,
Fig. 5 eine Ansicht des beweglichen Anschlages,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 7 eine Seitenansicht der Figur gemäß Fig. 6,
Fig. 8 eine Ansicht der beweglichen Seitenführung zum Ausrichten der Dosenreihe gemäß
der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 und
Fig. 9 ein Blockschaltbild für die Steuerungseinrichtung.
[0019] Die Fig. 1 zeigt in der Draufsicht die gesamte Vorrichtung, wobei die aus der Fertigungslinie
kommenden Behältnisse 1 über ein Zuführband 2 zugeführt werden. Am Ende des Zuführbandes
2 befindet sich eine Weiche 3, die das Zuführband in zwei Bandteile 4, 5 aufteit.
Je nach Füllstand der Bandteile 4, 5 wird die Weiche 3 mit Hilfe des Zählsternes 28
eingestellt. Die Steuerung erfolgt im wesentlichen über Lichtschranken 6. Zwischen
den beiden parallel verlaufenden Bandteilen 4, 5 befinden sich zwei Packstationen
7, wobei vor den Packstationen 7 ein quer verlaufendes Zuführungsband 8 für leere
Kartons 9 vorgesehen ist. Zum Längstransport der Kartons, d.h. parallel zu den Bandteilen
4, 5 sind Packbänder 10 vorgesehen. Der Einschub der leeren Kartons erfolgt mit Hilfe
von Schiebezylindern 11. Seitlich von den Bändern 2, 4, 5 befinden sich Führungsstangen
29, deren Absand verstellbar ist.
[0020] Am Ende der Bandteile 4, 5, d.h. im Bereich der Packstation 7 sind bewegliche Seitenführungen
12 vorgesehen, deren Abstand mit Hilfe von Druckzylindern 13 veränderbar ist. Diese
Seitenführungen 12 dienen zum Ausrichten der eingezählten Dosenreihe. Der Abstand
zur Dosenreihe wird so gewählt, daß ein geringes Spiel verbleibt. Weiterhin befindet
sich am Ende der Bandteile 4, 5 ein beweglicher Anschlag 14, der einen Versatz der
Dosenreihen in der Packstation 7 ermöglicht. Dieser Anschlag 14 ist mit einem Druckzylinderantrieb
15 versehen (Fig. 5). Die gefüllten Kartons 16 werden dann über das Band 10 wegbefördert.
[0021] Zum Ergreifen und Versetzen einer Dosenreihe am Ende der Bandteile 4, 5 dienen Setzköpfe
17, die an einem Portalrahmen 18 verschiebbar angeordnet sind. Jeder Setzkopf 17
ist mit einer Magnetleiste (27) versehen, deren Länge der Länge der zu erfassenden
Dosenreihe entspricht.
[0022] Der Setzkopf 17 ist hierbei an einer vertikalen Führungsbuchse 21 befestigt, die
ihrerseits an einer Trägerplatte 19 gehaltert ist. Die vertikale Führungsbuchse 21
nimmt einen Antriebsmotor mit Spindel auf, um die Höhe des Setzkopfes zu verändern.
Die Trägerplatte 19 ist auf waagerechten Führungsstangen 20 verschiebbar angeordnet,
wobei die Führungsstangen 20 auf dem Portalrahmen 18 abgestützt sind. Auf den Portalrahmen
18 ist weiterhin eine waagerechte parallel zu den Führungsstangen 20 verlaufende Führung
22 angeordnet, die eine Antriebsspindel für das Querverschieben des Setzkopfes 17
aufweist. Der Antrieb der beiden Spindeln für die waagerechte und vertikale Verschiebung
erfolgt durch Scheibenläufermotore, um den erforderlichen Verschiebeweg genau einhalten
zu können.
[0023] Im Setzkopf 17 ist eine Sicherung bei auftretenden Störungen, beispielsweise bei
Verändern der Höhe durch umgefallene Behältnisse, vorgesehen. Hierbei ist der Setzkopf
17 über eine Feder 23 gelagert und sobald sich die Lage verändert, wird die Maschine
über entsprechende Endschalter abgeschaltet.
[0024] Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt. Die aus der Fertigungslinie über
das Zuführband 2 kommenden Behältnisse bzw. Dosen 1 werden mittels der Weiche 3 auf
die zwei Bandteile 4, 5 je nach Füllstand verteilt. Der jeweilige Zuteilstern 24 zählt
bei ausreichendem Füllstand im Zuführband 2 bzw. den Bandteilen 4, 5 der Packreihe
die entsprechende Dosenmenge auf das jeweilige Bandteil 4, 5 ein. Der über die Steuerung
vorgewählte Reihenversatz wird mittels des beweglichen Anschlages 14 erreicht. Wenn
sich ein leerer Karton 9 in der Packstation 7 befindet, wird die eingezählte Dosenreihe
im Bandteil 4 bzw. 5 durch die beweglichen Seitenführungen 12 ausgerichtet. Aus die
so ausgerichtete Dosenreihe fährt der an der Vertikalachse 21 befindliche Setzkopf
17 bis auf die entsprechende Dosenhöhe nach unten. Nach dem Signal "Ziel erreicht",
wird die sich im Setzkopf 17 befindliche Magnetleiste 27 nach unten geschaltet. Die
ausgerichtete Dosenreihe wird so magnetisch vom Setzkopf 17 aufgenommen. Die am Setzkopf
17 befindliche Dosenreihe wird über die Vertikalachse entsprechend der Führungsbuchse
21 so weit nach oben gefahren, bis ein Befehl die Horizontalachse entsprechend der
horizontalen Führung 22 in Bewegung setzt. Nach einem von dem Programm festgelegten
Verfahrweg in Horizontalrichtung werden zwei voneinander unabhängige Funktionen ausgelöst.
Erstens ist das jeweilige Bandteil 4, 5 frei und steht für einen neuen Einzählvorgang
zur Verfügung, der sofort ausgelöst wird. Zweitens fährt der Setzkopf 17 auf Packniveau
nach unten. Wenn die jeweiligen Spindeln das Packniveau erreicht haben und "Ziel
erreicht" melden, wird die sich im Setzkopf 17 befindliche Magnetleiste 27 nach oben
geschaltet. Das Packgut wird freigegeben und steht auf dem Karton in der Packstation
7. Beide Setzköpfe 17 fahren in die Ausgangsposition, um die nächste bereitgestellte
Dosenreihe aufzunehmen. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis der Karton gefüllt ist.
Bei Erreichen des Zustandes "Karton gefüllt", wird der Packvorgang gestoppt. Die entsprechende
Sperre für den gefüllten Karton wird geöffnet und läuft auf ein Abnahmeband, von wo
der betreffende Karton auf eine Palette von Hand gesetzt werden kann. Nach Passieren
einer Lichtschranke gibt eine Sperre den nächsten leeren Karton 9 frei, der in die
Maschine einläuft und in die entsprechende Position in der Packstation 7 bzw. vor
der Packstation 7 gebracht wird. Danach wird ein neuer Packvorgang eingeleitet. Die
beiden Maschinenhälften arbeiten hierbei unabhängig voneinander.
[0025] Eine Steuereinrichtung mit diesen Merkmalen ist in Fig. 9 als Blockschaltbild dargestellt.
Hierbei gliedert sich die Steuerung in folgende Teilbereiche:
1) Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) (30)
2) vier Einachspositioniersteuerungen (CNC) (31)
3) vier Servo Frequenzumrichter mit Gleichstromzwischenkreis (32)
4) vier Mal die Kombination eines Servomotors mit Tachogenerator und Inkrementalen
Drehwinkelgeber (33)
5) ein CNC Programmier- und Bediengerät und (34)
6) binaere Ein- und Ausgänge. (35)
[0026] Die vom Prozeß und von den CNC Achskarten kommenden binären Eingangssignale (von
Schaltern, Tastern, Sensoren u.a.) werden nach einem Programm, das sich im Programmspeicher
befindet, von der Zentraleinheit sequentiell bearbeitet. Am Ende eines jeden Bearbeitungszyklus
wird, wenn das Ergebnis der Operation den Vorgaben vom Programm entspricht, die zugehörigen
binären Ausgänge (Ventile, Schütze, Lampen u.a.) angesteuert. Der gesamte Funktionsablauf
sowie die Koordination und Kommunikation mit den einzelnen CNC Achskarten wird von
der SPS nach Programm über die binäre Ein- und Ausgabeebene gesteuert. Sämtliche
Daten für die Umstellung, auf eine andere Produktabmessung sind in der SPS enthalten
und können per Dekadenschalter angewählt werden.
[0027] Die Einachspositioniersteuerung dient zur Lageregelung und zum Verfahren einer motorisch
angetriebenen Kugelumlaufspindel 22 in eine bestimmte Position. Eine bestimmte Anzahl
von Positioniersätzen mit Angabe von der Verfahrgeshwindigkeit und des nächsten zu
verarbeitenden Verfahrsatzes wird mit Hilfe des Programmier- und Bediengerätes in
den Speicher der CNC Steuerung geladen. Über zwei Ein/Ausgangsschnittstellen kann
die CNC Steuerung mit der SPS in Verbindung treten. Sämtliche Funktionen der CNC
Steuerung werden im normalen Betriebsablauf von der SPS vorgegeben und kontrolliert.
Eine analoge Schnittstelle steuert den nachgeschalteten pulsbreitenmodulierten Drehstromservoverstärker
zur Ansteuerung des Motors. Die Istwertposition der Kugelumlaufspindel 22 wird von
dem inkrementalen Winkelgeber erfaßt, an die CNC Steuerung gemeldet und dort entsprechend
ausgewertet. Somit entsteht ein geschlossener Lageregelkreis, der ein genaues Halten
der Spindel in der programmierten Position garantiert. Die Ansteuerung der senkrechten
Umlaufspindeln 21 erfolgt analog. Der Servo Frequenzumrichter hat die Aufgabe, das
von der CNC Steuerung kommende kleine Analogsignal in einen großen Strom zum Erzeugen
einer dem Analogsignal proportionalen Drehbewegung des Motors umzuwandeln. Der mit
dem Motor starr gekoppelte Tachogenerator liefert das der Drehzahl entsprechende
Ausgangssignal an den Verstärker zurück und sorgt für die Einhaltung der von der CNC
vorgegebenen Verfahrgeschwindigkeit. Der im Motor eingebaute Rotorlagegeber meldet
die jeweilige Rotor lage an den Frequenzumrichter zurück und sorgt für die richtige
Bestromung der drei im Synchronmotor enthaltenen Wicklungen.
[0028] Das Programmier- und Bediengerät ermöglicht verschiedene Eingaben an die CNC Einachspositioniersteuerungen.
Mit dem Bediengerät werden alle zur Handhabung erforderlichen Befehle an die einzelnen
Achsen geschickt.
[0029] Die Figuren 6 bis 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, wobei die
gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das Bandteil 4, 5 wird
in seinem Endbereich in zwei parallele, unmittelbar nebeneinander verlaufende Bänder
4ʹ, 4ʺ bzw. 5ʹ, 5ʺ aufgeteilt. Am Ende befindet sich jeweils ein Anschlag 14 sowie
Seitenführungen 12 zum Ausrichten der eingezählten Dosenreihen 25 bzw. 26. Zum Erfassen
dieser Dosenreihen 25, 26 dienen zu einer Einheit zusammengefaßte, gegeneinander verschiebbare
Setzköpfe 17 mit zwei Magnetleisten 27. Diese Magnetleisten 27 erfassen die Dosenreihen
am Ende der Bänder 4ʹ, 4ʺ bzw. 5ʹ, 5ʺ und transportieren diese in die leeren Kartons
9. Während dieser Bewegung wird der jeweils außen befindliche Setzkopf zum anderen
Setzkopf hin verschoben, so daß in dem Karton das entsprechende Packbild erzeugt
wird. In Fig, 7 ist im linken Teil der Vorrichtung der Moment dargestellt, bei dem
die Dosenreihen von den Magnetleisten 27 erfaßt werden, während der rechte Teil der
Figur die Dosenreihen in einer Verpackungsposition zeigt.
[0030] Die Fig. 8 stellt die Ausrichtvorrichtung am Ende der Bänder 4ʹ, 4ʺ bzw. 5ʹ, 5ʺ dar,
wobei zwischen den beiden Dosen 1 ein fester Anschlag 36 angeordnet ist. Außen befinden
sich jeweils die beweglichen Seitenführungen 12. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft
erwiesen, in dem Bereich zwischen dem Zählstern 24 und dem Ende der Bänder 4, 5 bzw.
4ʹ, 5ʹ, bzw. 4ʺ, 5ʺ anstelle eines Förderbandes für die Behältnisse 1 Antriebsketten
vorzusehen.
1) Vorrichtung zum Palettieren von Behältnissen aus magnetisch erfaßbarem Material,
insbesondere von Behältnissen, deren Höhe ein Mehrfaches des Durchmessers beträgt,
dadurch gekennzeichnet, daß ein wenigstens ein Zuführband (2) überspannender Portalrahmen
(18) vorgesehen ist, an dem ein quer zum Zuführband (2) und vertikal verfahrbarer
Setzkopf (17) mit einer heb- und senkbaren Magnetleiste (27) zum Erfassen einer Reihe
von Behältnissen (1) angeordnet ist, daß am Ende des Zuführbandes (2) ein Anschlag
(14) sowie bewegliche Seitenführungen (12) vorgesehen sind, wobei neben dem Zuführbandende
wenigstens eine Packstation (7) angeordnet ist, und daß der Einlauf der Behältnisse
(1) in das Zuführbandende, das Verfahren und Absenken des Setzkopfes (17) bzw. des
Magnetleiste (27) und das Abnehmen des gefülltes Kartons (16) über computergesteuerte
Einachspositioniersteuerungen (CNC) vorgesehen ist, wobei eine übergeordnete Koordination
über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) erfolgt.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführband (2) in
zwei parallel verlaufenden Bandteilen (4, 5) endet und zwischen den Bandteilen (4,
5) zwei Packstationen (7) vorgesehen sind und daß jedem Bandeil (4, 5) ein Setzkopf
(17) zugeordnet ist.
3) Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandteil (4,
5) zwei parallele, unmittelbar nebeinander verlaufende Bänder (4ʹ, 4ʺ, 5ʹ, 5ʺ) aufweist,
wobei zwei Setzköpfe (17) mit zwei Magnetleisten (27) für zwei Dosenreihen (25, 26)
zu einer Einheit zusammengefaßt sind.
4) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Setzköpfe (17) der
Einheit gegeneinander verschiebbar sind.
5) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen eines
Reihenversatzes der Behältnisse (1) der Anschlag (14) beweglich und mittels der Steuereinrichtung
steuerbar ist.
6) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang des
Zuführbandes (2) in die Bandteile (4, 5) eine über die Steuereinrichtung gesteuerte
Weiche (3) vorgesehen ist und daß der Zulauf der Behältnisse (1) zu den Enden der
Bandteile (4, 5) mittels Zuteilsternen (24) regelbar ist.
7) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem
Portalrahmen (18) waagerechte Führungsstangen (20) angeordnet sind, an denen eine
Trägerplatte (19) mit dem Setzkopf (17) geführt ist und daß die Trägerplatte (19)
mittels einer Kugelumlaufspindel angetrieben ist.
8) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Setzkopf (17)
an einer vertikal angeordneten angetriebenen Kugelumlaufspindel angebracht ist.