用于制造包装件的包括独立芯轴轮驱动器的设备
阅读说明：本技术 用于制造包装件的包括独立芯轴轮驱动器的设备 (Apparatus for manufacturing packages comprising a separate spindle wheel drive ) 是由 塔奥费克·麦巴雷克 于 2018-05-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于制造包装件、特别是用于处理包装壳体(6)的设备(1’)，所述设备包括：芯轴轮(2)，其包括具有中心轴线(8)的芯轴轮轴(7)；多个芯轴(9)，其固定至所述芯轴轮轴(7)，其中，所述芯轴(9)形成至少一个芯轴组，所述至少一个芯轴组的芯轴(9)布置在垂直于所述芯轴轮轴(7)的中心轴线(8)的平面上；至少一个第一处理站(B1?B5)，其布置在所述芯轴轮(2)上并且包括驱动器(A1?A5)；以及芯轴轮驱动器(11)，其用于驱动所述芯轴轮轴(7)。所述芯轴驱动器(11)与所述至少一个处理站(B1?B5)的驱动器(A1?A5)未机械联接。(The invention relates to an apparatus (1') for producing packages, in particular for processing packaging shells (6), comprising: a spindle wheel (2) comprising a spindle wheel spindle (7) having a central axis (8); a plurality of mandrels (9) fixed to the mandrel hub (7), wherein the mandrels (9) form at least one mandrel group, the mandrels (9) of the at least one mandrel group being arranged on a plane perpendicular to a central axis (8) of the mandrel hub (7); at least one first treatment station (B1-B5) arranged on the mandrel wheel (2) and comprising a drive (A1-A5); and a spindle wheel drive (11) for driving the spindle wheel (7). The mandrel driver (11) is not mechanically coupled with the driver (A1-A5) of the at least one processing station (B1-B5).)
技术领域
本发明涉及一种用于制造包装件、特别是用于处理包装套筒的设备，所述设备包括：具有芯轴轮轴的芯轴轮，所述芯轴轮轴具有中心轴线；固定至芯轴轮轴的多个芯轴，该芯轴形成至少一个芯轴组，至少一个芯轴组的芯轴布置在垂直于芯轴轮轴的中心轴线的平面中；至少一个第一处理站，布置在所述芯轴轮上并且包括驱动器；以及芯轴轮驱动器，用于驱动所述芯轴轮轴。
这种设备通常用作填充机的一部分，并且也被称为“芯轴轮组”。
背景技术
包装件可以不同的方式制造并且由最多样的材料制成。制造包装件的常用方法是由包装材料制造坯料，通过折叠和其它步骤首先从所述坯料形成包装套筒并最后形成包装件。该制造方法尤其具有这样的优势：坯料非常平坦，并且因此可以节省空间的方式堆叠。这样，坯料或包装套筒可以在与进行折叠和填充包装套筒的位置不同的位置制造。通常使用复合材料作为材料，例如多个薄层的纸、纸板、塑料或金属(特别是铝)组成的复合材料。这样的包装件已被广泛地用于特别是食品工业中。
在包装技术领域中已知许多设备和方法，通过这些设备和方法，平坦地折叠在一起的包装套筒可被展开，在一侧上封闭，填充内容物，然后完全地封闭。
封闭包装套筒存在特别的挑战，这是因为该包装套筒必须通过封闭可靠地密封，并且该封闭还必须禁得住随后的运输和其它负荷。该封闭通常以以下多个步骤来进行：首先，在待封闭的区域加热(“激活”)包装套筒。然后，在待封闭的区域将包装套筒的相对两侧压在一起(压紧)。压在一起的区域之间的结合例如通过提供内部塑料层来获得，该内部塑料层在加热过程中变粘且因此在随后的压紧期间形成粘合剂。此操作也被称为“密封”。
为了处理、特别是封闭包装套筒的下侧，通常使用所谓的“芯轴轮”，尚未填充的包装套筒被推到芯轴轮的径向伸出的芯轴上。芯轴的横截面近似地对应于待制造的包装件的横截面，使得包装套筒在其被推到芯轴上时已经采用了所需的横截面形状。
当包装套筒在芯轴上时，包装套筒的处理在芯轴的突出端的区域中以时针方向的方式进行。一方面，这具有的优势是，可以通过在不同的处理站由不同的工具连续地旋转芯轴轮来处理包装套筒。例如，加热可以在第一芯轴轮位置发生，并且然后压紧可以在第二芯轴轮位置发生。在芯轴轮上处理包装套筒的另一优势是，芯轴的突出端的形状可以适于待生产的包装件的底侧的形状，从而在压紧过程中使芯轴的端部可以用作逆轴承(counterbearing)。
在使用芯轴轮时的一个挑战是芯轴轮的驱动和布置在芯轴轮上的处理站的驱动。一个困难是，包装套筒在不同处理站的处理在时间上必须与芯轴轮的时针方向的运动精确地匹配。
为了实现所要求的同步性，已经提出了使用相同的驱动器用于芯轴轮的驱动并用于布置在该芯轴轮上的处理站的驱动。在这种情况下，例如将驱动性能在同步皮带上分配到不同的皮带盘，并从该皮带盘传递至各个处理站。
该原理可与同步皮带的功能或用于具有多个凸轮轴的内燃机的正时链的功能相当，因为凸轮轴的旋转位置必须精确地匹配曲柄轴的位置，并且因此进口阀和出口阀的位置必须精确地匹配活塞的位置。为了精确地维持控制时间，凸轮轴和曲柄轴的角度位置不可以改变。这是通过曲柄轴和所有凸轮轴经由同步皮带以强制联锁的方式相互连接来实现的。
除了同步性之外，出于紧凑性和成本的原因，还使用共用的驱动器。在内燃机领域也有这种示例，其中多个消耗器通过曲柄轴经由同一V形皮带驱动并且具有同一驱动器。消耗器可以例如是发电机(“交流发电机”)、水泵、液压泵或类似物。
因此，在实践中使用许多芯轴轮的情况下，存在使处理站和芯轴轮共用同一驱动器的许多原因。在图1中以示意图示出从现有技术中已知的这种驱动器设计。
然而，这种驱动器设计除了上述优势之外还具有缺点。第一个缺点是所有处理站与同一驱动器的机械连接在结构上是复杂的，并且需要许多传动元件(同步皮带、皮带盘、驱动轴、凸轮盘等)。另外的缺点是维护困难，因为一旦在处理站处发生故障，并且该处理站必须与驱动器断开连接(例如，通过拆下同步皮带)，在重新联接的情况下(例如通过安装同步皮带)，联接在一起的所有处理站在其旋转位置中必须彼此精确地匹配。简而言之，对处理站的驱动器的干预使得整个驱动系统必须复位。另外，在包装尺寸或包装几何形状发生任何微小变化的情况下，都必须计算、制造、安装和调整用于各个部件的驱动器的新凸轮盘。
发明内容
本发明的目的是设计并进一步开发在背景技术中描述的设备，使得降低设备的机械复杂性并且可以容易地维护该设备。
在根据权利要求1的前序部分的设备的情况下，该目的的实现在于，芯轴轮驱动器与至少一个处理站的驱动器未机械联接。
本发明涉及一种用于生产包装件、特别是用于处理包装套筒的设备。特别地，在这种情况下，本发明可以涉及用于食品的包装件或包装套筒，其中优选地，包装件或包装套筒由复合材料制成，复合材料由多个薄层的纸、纸板、塑料或金属(特别是铝)构成。首先，该设备包括芯轴轮，该芯轴轮包括具有中心轴线的芯轴轮轴。优选地，芯轴轮轴是圆柱形，并且中心轴线沿纵向方向延伸，即沿轴向方向中心地穿过芯轴轮轴。芯轴轮轴可以例如由金属制成。芯轴轮还包括多个紧固至芯轴轮轴的芯轴。紧固过程达到的目的是：在芯轴轮轴绕其中心轴线旋转的情况下，芯轴也绕芯轴轮轴的中心轴线旋转。然而，芯轴轮轴可以是可拆卸的紧固装置，以便能够更换芯轴。芯轴的横截面可以设计成矩形，尤其是正方形。芯轴形成至少一个芯轴组，至少一个芯轴组的芯轴布置在垂直于芯轴轮轴的中心轴线的平面中。在同一平面中的布置达到的目的是：通过旋转芯轴轮轴，可以将同一芯轴组的芯轴依次移至相同的位置，以便能够通过不同的固定工具处理包装套筒。此外，该设备包括至少一个第一处理站，其布置在芯轴轮上并且包括驱动器和芯轴轮驱动器，以驱动芯轴轮轴。驱动器可以例如是电动机。处理站可以是例如推入装置、加热单元、折叠单元(例如，纵向折叠器、横向折叠器)、压力机或拉离装置。
根据本发明，芯轴轮驱动器设置成与至少一个处理站的驱动器未机械联接。特别地，未机械联接被理解为两个驱动器未彼此机械地连接。未机械联接的目的是例如能够针对所有的驱动器参数(速度、旋转方向等)单独地操作两个驱动器。未机械联接的一种效果是可以更换芯轴轮上的故障驱动器，而不会影响处理站的驱动器。处理站可以是推入装置、加热单元、折叠单元(例如，纵向折叠器、横向折叠器)、压力机或拉离装置。然而，在实际测试中，已经发现，芯轴轮驱动器与压力机(“底部压力机”)的未机械联接以及芯轴轮驱动器与折叠单元(特别是纵向折叠器)的未机械联接具有特别的优势。特别地，这是由于以下的事实：在这些处理站(压力机/纵向折叠器)处需要特别高的动力，或者在这些处理站(纵向折叠器)处需要在时间上精确匹配的特别复杂的运动。这两者都可以通过匹配各自的要求的单独的驱动器轻松地拆卸。
该设备的其它改进的特征在于第二处理站布置在芯轴轮上并且包括驱动器。在这种情况下，芯轴轮驱动器可以设置成与至少两个处理站的两个驱动器未机械联接。第二处理站可以是推入装置、加热单元、折叠单元(例如，纵向折叠器、横向折叠器)、压力机或拉离装置(如果这些装置尚未设置为第一处理站)。术语“第一”处理站和“第二”处理站仅用于区分并且不提供关于处理顺序的指示。因此，该思想是：如果设置了至少两个处理站，则不仅使芯轴轮驱动器与处理站的驱动器未联接，而且还使芯轴轮驱动器与第二处理站的驱动器未联接。优选地，第一处理站的驱动器和第二处理站的驱动器还彼此未机械联接。
根据另一构造，该设备可以补充有第三处理站，第三处理站布置在芯轴轮上并且包括驱动器。在这种情况下，芯轴轮驱动器可以设置成与至少三个处理站的三个驱动器未机械联接。第三处理站可以是推入装置、加热单元、折叠单元(例如，纵向折叠器、横向折叠器)、压力机或拉离装置(如果这些装置尚未设置为第一处理站或第二装置处理站)。术语“第一”处理站、“第二”处理站和“第三”处理站仅用于区分并且不提供关于处理顺序的指示。因此，该思想是：如果设置了至少三个处理站，则不仅使芯轴轮驱动器与前两个处理站的驱动器未联接，而且使芯轴轮驱动器与第三处理站的驱动器未联接。优选地，第一处理站的驱动器、第二处理站的驱动器和第三处理站的驱动器还彼此未机械联接。
根据该设备的另一设计方案，芯轴轮驱动器设置成与所有处理站的驱动器未机械连接。这种设计潜在的思想是：将芯轴轮驱动器与所有处理站的驱动器未联接，而与设置多少个处理站无关。优选地，所有处理站的驱动器还彼此未机械联接。
本发明的另一实施方式设置成，处理站之一是压力机，尤其是用于压紧包装套筒的底部表面的底部压力机。包装套筒的端部区域在底部压力机处被压紧以形成底部。该处理步骤需要大的力，并且确定包装件在其底部的区域是否是厚的。在此背景下，压力机的驱动器与芯轴轮驱动器的未机械联接具有以下的优势：可以根据上述要求以目标的方式选择和设置压力机的驱动器。另外，单独的驱动器能够更好响应于在芯轴轮是静止时将压力机压在包装件底部上的情况。这只能使用机械联接的驱动器以复杂的方式实现。通过未机械联接，可以省去额外的机械部件(例如同步皮带或曲线盘)，从而可以实现磨损、摩擦、间隙和弹性的减小。因此，在每种情况下，底部压力机的相对于(当前)分配给它的芯轴的位置精确度增加。位置精确度与底部的密封性有关，因此与包装件的质量有关。
根据该设备的另一设计，处理站之一设置成是折叠装置，特别是纵向折叠器或横向折叠器，以折叠包装套筒的底部表面。包装套筒的端部区域的折叠在折叠装置处进行。特别地，折叠装置可以涉及纵向折叠器(沿芯轴轮的圆周方向的折叠运动)或横向折叠器(沿芯轴轮的中心轴线方向的折叠运动)。当折叠包装套筒时，必须以精确匹配的方式进行特别复杂的运动。折叠装置的驱动器与芯轴轮驱动器的未机械联接具有优势在于，可以针对上述要求以目标的方式选择和设置折叠装置的驱动器。另外，单独的驱动器能够更好响应于当芯轴轮是静止时发生折叠的情况。这只能使用机械联接的驱动器以复杂的方式实现。通过未机械联接，在这里也可以省去额外的机械部件(例如同步皮带)，由此可以实现更少的磨损、摩擦、间隙和弹性。因此，在每种情况下，折叠装置的相对于(当前)分配给其的芯轴的位置精确度增加。位置精确度与底部的密封性有关，并且因此与包装件的质量有关。此外，当改变包装件尺寸或包装件几何形状时，纵向折叠器的运动可以通过控制器、特别是机动控制器容易地调节；相比之下，无需更换曲线盘。
在该设备的另一构造中，处理站之一设置成推入装置，以将包装套筒推至芯轴之一上。可替选地或附加地，处理站之一可以设置成拉离装置，以将包装套筒从芯轴之一拉离。包装套筒的推入和拉离也只能在芯轴是静止时进行。只能使用机械联接的驱动器以复杂的方式实现这种异步运动。未机械联接的驱动器的另一优势是，由于缺少一些机械部件，推入装置/拉离装置的可达性或可及性被改进。特别地，这在服务期间或当检查激活配置文件时或当移除有缺陷或卡住的包装件时特别有用。还可以通过改善可达性或可及性来降低损害的风险，例如由于靠近高温部件(例如，底部加热)而存在的损害风险。
根据该设备的另一设计，芯轴轮设置成包括至少两个、特别地至少四个芯轴组。根据该设备的另一构造，每个芯轴组设置成包括至少四个芯轴、特别是至少六个芯轴。数量更多的芯轴组允许同时处理多行包装套筒。每个芯轴组的芯轴的较多数量允许在包装套筒上执行更多数量的处理步骤。
该设备的另一构造设置成，包括电动机和传动装置的驱动单元用作芯轴轮驱动器。对此可替选地，直接驱动器可以设置成用作芯轴轮驱动器。可替选地或附加地，包括电动机和传动装置的驱动单元可以设置成用作至少一个处理站的驱动器。对此可替选地，直接驱动器可以设置成用作至少一个处理站的驱动器。
对使用的驱动器提出了高要求。特别地，驱动器必须适于在预定时间采用确定的旋转位置，并且即使在负载下也非常精确地保持该旋转位置。在机械联接的驱动器的情况下，例如通过同步皮带来设置维持确定的角位置。试验表明，特别地，具有低旋转间隙和高扭转刚度的驱动器是适合的。
优选地，驱动单元或直接驱动器连同由其驱动的芯轴轮或由其驱动的处理站一起具有的扭转刚度≥450Nm/arcmin、≥500Nm/arcmin、≥550Nm/arcmin、≥600Nm/arcmin或≥650Nm/arcmin。因此，扭转刚度不仅仅与驱动单元或直接驱动器有关；而是，它与驱动单元或直接驱动器及其驱动的部件的相应系统有关。
优选地，驱动单元或直接驱动器与由其驱动的芯轴轮或与由其驱动的处理站一起具有的旋转间隙≤5arcmin、≤3arcmin或≤1arcmin。0arcmin的旋转间隙(无间隙)是特别优选的。因此，扭转刚度不仅仅与驱动单元或直接驱动器有关；而是，它与驱动单元或直接驱动器及其驱动的部件的相应系统有关。
优选地，驱动单元或直接驱动器与由其驱动的芯轴轮或与由其驱动的处理站一起具有的倾斜刚度≥850Nm/arcmin、≥1000Nm/arcmin、≥1200Nm/arcmin或≥1300Nm/arcmin。因此，倾斜刚度不仅仅与驱动单元或直接驱动器有关；而是，它与驱动单元或直接驱动器及其驱动的部件的相应系统有关。通过在电机和与其连接的部件之间的足够高的倾斜刚度避免了摆动运动。
代替由电动机和(优选地，无间隙的)传动装置组成的单元，还可以使用直接驱动器(即没有单独的传动装置的电动机，例如空轴直接驱动器)。对此可替选地，也可以将没有变速器的转矩电机用作直接驱动器。直接驱动器的特征在于，在没有互连传动装置的情况下能够安装至待驱动的部件的轴上。省略传动装置具有结构紧凑且没有间隙或者很小间隙的优势。
在现有技术中已知的机械联接结构的情况下，由于待驱动的系统的惯性力矩不是恒定的而是随时间变化的，因此难以设计电动机的位置调节。这是由于例如多个复杂动态过程与不平衡的齿轮机构叠加造成。
相比之下，在这里提出的未机械联接的结构的情况下，电动机的位置调节可以通过转矩预控制来实现，即通过指定由计算得出的惯性力矩来进行。特别地提出，该设备或其驱动器具有控制器，在该控制器中存储惯性力矩的至少一个时间过程。每个驱动器可以有自己的控制器；然而，也可以为多个驱动器设置共用的控制器。
迄今为止，一直担心所谓的跟踪误差，其在生产的过程期间导致同步性恶化。为了避免这种情况，可以设置成，移动的块体，优选地在其从工作位置向后运动时，通过参考点。这样，出现的任何偏差都可以得到平衡。也可以通过预先控制速度和/或力矩来避免这种跟踪误差。
附图说明
下面根据仅代表一优选实施方式的附图解释本发明。
图1是从现有技术中已知的用于制造包装件的设备的示意图，该设备包括芯轴轮，以及
图2是根据本发明的用于制造包装件的设备的示意图，该设备包括芯轴轮。
具体实施方式
图1以示意图示出了从现有技术中已知的用于制造包装件的设备1，该设备1包括芯轴轮2。首先，将平坦的坯料3引入储存盒4中，然后在折叠装置5中展开成包装套筒6中。设备1包括芯轴轮2，芯轴轮2包括具有中心轴线8的芯轴轮轴7。六个芯轴9紧固至芯轴轮轴7。图1中示出的六个芯轴9形成芯轴组，该芯轴组的芯轴9布置在垂直于芯轴轮轴7的中心轴线8的平面中。芯轴轮2还可以以时针的方式逆时针(用箭头表示)运动，并且在该此过程转，保持在不同的六个芯轴轮位置I-VI。在每种情况下，一个处理站B1-B5布置在芯轴9的端部之前的芯轴轮位置I-V中，假设包装套筒6在各处理站处在其端部区域10中(例如在其底部区域中)被处理。
图1中所示的设备1还具有用于驱动芯轴轮轴7的芯轴轮驱动器11。芯轴轮驱动器11例如经由同步皮带12机械地联接至芯轴轮轴7。芯轴轮驱动器11不仅驱动芯轴轮轴7，而且还驱动处理站B1-B5。为此，芯轴轮驱动器11例如经由同步皮带12(仅在图1中示意性地示出)和/或合适的其它联接元件(例如轴、齿轮和类似物)机械地联接至处理站B1-B5的每一者。
图2中以示意图示出了根据本发明的用于制造包装件的设备1’，该设备1’包括芯轴轮2。设备1’的已经相对于图1描述的这种区域在图2中设置有相应的附图标记。与现有技术(图1)中已知的设备1的本质区别在于：根据本发明的设备1’具有不同的驱动器设计。特别地，在图2中所示的设备的情况下，每个处理站B1-B1设置成具有其自己的驱动器A1至A5，并且芯轴轮驱动器11与所有处理站B1-B5的驱动器A1-A5未机械联接。
基于图2中所示的设备1，包装件的制造(在一侧是敞开的)被认为是作为示例示出。首先，将已经展开的包装套筒6从第一处理站(该第一处理站是推入装置B1)取出，并且推至位于芯轴轮位置I的芯轴9上。为此，推入装置B1由其自身的驱动器A1驱动，该驱动器A1与芯轴轮驱动器11(以及其它驱动器A2、A3、A4、A5)未机械联接。
然后将芯轴轮2从芯轴轮位置I旋转至芯轴轮位置II。为此，芯轴轮2的芯轴轮轴7由与所有处理站B1-B5的驱动器A1-A5未机械联接的芯轴轮驱动器11驱动。
在第二芯轴轮位置II，包装套筒6在其端部区域10中通过第二处理站加热，该第二处理站是加热单元B2。为此，加热单元B2通过其自身的驱动器A2移动，该驱动器A2与芯轴轮驱动器11(以及其它驱动器A1、A3、A4、A5)未机械联接。
随后，将芯轴轮2从芯轴轮位置II旋转至芯轴轮位置III。为此，芯轴轮2的芯轴轮轴7又由与所有处理站B1-B5的驱动器A1-A5未机械联接的芯轴轮驱动器11驱动。
在第三芯轴轮位置III中，包装套筒6的端部区域10的折叠通过第三处理站(该第三处理站是折叠单元B3)进行。特别地，它可以是纵向折叠器(沿芯轴轮2的圆周方向的折叠运动)或横向折叠器(沿芯轴轮2的中心轴线8的方向的折叠运动)。为此，折叠单元B3由其自身的驱动器A3驱动，该驱动器A3与芯轴轮驱动器11(以及其它驱动器A1、A2、A4、A5)未机械联接。
然后，将芯轴轮2从芯轴轮位置III旋转至芯轴轮位置IV。为此，芯轴轮2的芯轴轮轴7又由与所有处理站B1-B5的驱动器A1-A5未机械联接的芯轴轮驱动器11驱动。
在第四芯轴轮位置IV中，包装套筒6的端部区域10的压紧通过第四处理站进行，该第四处理站是压力机(也称为“底部压力机”)B4。为此，压力机B4由其自身的驱动器A4驱动，该驱动器A4与芯轴轮驱动器11(以及其它驱动器A1、A2、A3、A5)未机械联接。
然后将芯轴轮2从芯轴轮位置IV旋转至芯轴轮位置V。为此，芯轴轮2的芯轴轮轴7又由与所有处理站B1-B5的驱动器A1-A5未机械联接的芯轴轮驱动器11驱动。
在第五芯轴轮位置V中，包装套筒6通过第五处理站(该第五处理站是拉离装置B5)拉离芯轴9，以便能够供应给不再在该设备1’上进行的其它处理步骤。为此，拉离装置B5由其自身的驱动器A5驱动，该驱动器A5与芯轴轮驱动器11(以及其它驱动器A1、A2、A3、A4)未机械连接。
在包装套筒6已经穿过处理站B1至B6之后，包装套筒6在一侧(例如在底部的区域中)被密封，并且可以在随后的工作步骤中被填充，然后从另一侧(例如山形墙的区域)被密封。
附图标记列表
1，1’： 设备
2： 芯轴轮
3： 坯料
4： 储存盒
5： 展开装置
6： 包装套筒
7： 芯轴轮轴
8： 中心轴线
9： 芯轴
10： (包装套筒6的)端部区域
11： 芯轴轮驱动器
12： 同步皮带
A1-A5： (处理站B1-B1的)驱动器
B1-B5： 处理站
B1： 推入装置
B2： 加热单元
B3： 折叠单元
B4： 压力机
B5： 拉离装置
I-VI： 芯轴轮位置