Способ и устройство для автоматической заделки транспортных мешков - RU2118275C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу автоматической заделки транспортных мешков после их заполнения сыпучим продуктом согласно ограничительной части п.1 формулы, а также к устройству для осуществления способа.

Способ согласно изобретению и соответствующее устройство находят применение, в частности, при затаривании и заделке транспортных мешков (предпочтительно бумажных) для оптовых упаковок (около 10-50 кг) муки, кормов и т.п.

Заделка небольших потребительских упаковок до 2 кг осуществляется в большинстве случаев на упаковочных автоматах большой мощности. Благодаря малым перемещаемым массам и площадям бумаги процессы движения могут осуществляться с высокой скоростью, что обеспечивает очень высокую мощность.

Совершенно иного подхода требуют, напротив, оптовые упаковки массой более 5 кг. Используемые при этом транспортные мешки могут иметь массу до 50 кг. Даже если и обнаруживается определенная тенденция к уменьшению упаковок, перемещаемые массы, нестабильный вид тары и плоские участки мешков требуют лишь сравнительно небольших ускорений. Слишком большие ускорения привели бы к повреждению материала мешков или деформации тары вместе с горловиной так, что она будет непригодна для дальнейших операций.

Правда, у так называемых клапанных мешков заделка благодаря наличию клапаннообразно запираемого наполнительного отверстия происходит относительно без проблем, однако из-за низкой производительности затаривания, высокой стоимости пустых мешков и необходимости принятия гигиенических мер они используются для пищевых продуктов и кормов лишь условно.

Пищевые продукты и корма, в частности размолотые продукты, требуют герметичной заделки транспортного мешка в обоих направлениях. Ни содержимое не должно высыпаться из мешка, ни влага, токсичные вещества или насекомые не должны проникать внутрь него. Транспортные мешки должны быть тщательно укупорены зашиванием (отверстия, перформация) или лучше заклеиванием.

Точно так же даже небольшие различия в плотности содержимого мешка вызывают различия в степени заполнения. Поскольку транспортный мешок в незакупоренном виде не имеет точно определенной пространственной массы, автоматическое манипулирование им и укладка на поддон представляют проблему. Тем не менее каждый мешок должен иметь ровную форму и не содержать воздушных подушек с тем, чтобы обеспечить пригодный к транспортировке штабель мешков (на поддоне). Поэтому невозможно хотеть повысить только степень автоматизации устройства для заделки мешков. К тому же очень различные размеры партий требуют частоты переналадки устройства.

Кроме того, намечаются также пределы широко применяемого зашивания. Скорость зашивания нельзя повышать произвольно, мешки из тонкого материала (с целью уменьшения веса) зашиваются негерметично и склонны к разрыву. Принципиальное решение проблемы представляет заклеивание мешков.

У заполненного и нераскрытого транспортного мешка края горловины могут сильно менять свое положение, что затрудняет точное зашивание или заклеивание. Например, необходимо и известно, что для точного процесса фальцевания от верхнего края мешка отрезают полосу с тем, чтобы обеспечить точное горизонтальное и вертикальное положения края. Такое решение обуславливает, однако, дополнительные затраты на оборудование и удаление отрезанного материала. Для устранения этих недостатков, например, в европейской заявке EP-A-293615, DE, 1931100 предложено, что для укупорки бумажных мешков с боковыми складками заполненный мешок зажимают непосредственно на позиции заполнения и посредством салазок перемещают на последующую позицию фальцевания. Недостатком этого простого по себе исполнения является то обстоятельство, что открытый конец мешка можно, правда, зажать относительно точно, однако предварительно отформованный мешок передается часто очень неточно.

Согласно европейской заявке EP-A- N 123784 предложено, что один слой бумаги перед фальцеванием отделяют на несколько сантиметров и образованный таким образом напуск в качестве защитного напуска над местом сгиба склеивают затем непосредственно с тем местом материала мешка, которое лежит за пределами места сгиба. Этим можно обеспечить дополнительную защиту заделки мешка от расслаивания, даже если склеивание выполнено неоптимально. Недостатком и здесь является усложнение процесса фальцевания, которое, в частности, при высокой производительности установки может снизить надежность. Применение ограничено к тому же только многослойной бумагой.

Похожее решение описано в заявке ФРГ DE-A- N 2520744, причем из-за особой формы мешка потребитель ограничен в выборе материала для него.

В основу изобретения положена задача при устранении перечисленных недостатков уровня техники разработать способ автоматической заделки транспортных мешков, который позволяет достичь простой и точной заделки транспортных мешков при производительности около 1200 мешков в час и упаковываемых массах по меньшей мере от 5 кг до около 50 кг на мешок. Эта задача решается согласно отличительным признакам п.1 формулы.

В основу изобретения положена также задача создания устройства для осуществления способа, причем следует достичь высокой гибкости в отношении размера и формы используемых мешков, предпочтительно из бумаги.

Решение согласно изобретению отличается тем, что свободную верхнюю кромку заполненного транспортного мешка раскрывают изнутри известным способом и одновременно снаружи с обеих сторон выполняют по одной боковой складке, после чего мешок выравнивают по его высоте. За этим следует известное зажатие, причем, однако, не известным до сих пор образом выровненный мешок фиксируют в его положении по высоте с тем, чтобы обеспечить вхождение раскрывающих ножей, и подают к устройству для предварительной биговки, а также к устройству для первого фальцевания. За этим следуют дополнительная биговка и нанесение клеевого слоя, фальцевание и склеивание обоих фальцев.

Благодаря немедленному интенсивному сжатию места склеивания в сжимающих роликах достигается герметичное соединение, которое уже в кратчайшее время после выхода из клеевых роликов приобретает большую часть окончательной прочности.

В течение всего процесса мешок находится на горизонтальном основании, транспортном элементе, предпочтительно цепном транспортере, и его положение контролируют датчики.

Транспортный элемент выполнен с возможностью регулирования по высоте и обладает надежной продольной стабилизацией. За счет этого можно использовать трапецеидальные элементы для регулирования по высоте, имеющие простую конструкцию.

Предпочтительно мешок после заполнения и установки на транспортный элемент двигают непрерывно с тем, чтобы избежать также наклона мешка.

В процессе обширных исследований было обнаружено, что за счет связи известных отдельных функций с новыми функциями с привлечением средств сенсорики и автоматики, а также регуляторов можно создать совершенно новое поколение оборудования с частично неожиданными результатами. Устройство для осуществления способа согласно изобретению отличается сравнительно небольшими затратами на механику и сравнительно небольшой потребностью в площади. Отпадает необходимость в обычных до сих пор дополнительных устройствах, например, для обрезки кромок мешка и для удаления отходов.

Использование средств автоматики и датчиков обеспечивает помимо точности перемещений также регистрацию регулирующих величин в регулируемой последовательности перемещений.

Отклонение регулирующих величин может быть использовано для обнаружения известных специалисту, изменившихся внешних и внутренних эксплуатационных условий.

Именно при затаривании в неустойчивые бумажные мешки и с изменяющимися свойствами затариваемого продукта в течение минут или часов вследствие внешних условий неизбежным является активное отслеживание за заданными параметрами для поддержания бесперебойного, автоматического и безлюдного производства.

Согласно изобретению обнаружено, что уже процесс раскрывания мешка должен происходить точно и с воздействием определенного усилия. Глубокое проникновение раскрывающих элементов (ножей) в мешок почти до поверхности продукта позволит, кроме того, хорошо вытеснить воздушную подушку. За счет предпочтительного использования с каждой стороны двух внутренних ножей и одного складкообразующего ножа для закладывания складки (или использования складкообразующих ножей для внутреннего раскрывания мешка без складки) и за счет поперечного расхождения внутренних ножей перед закладыванием боковой складки образуется равномерно напряженный по периметру мешок. Благодаря одинаковой длине передней и задней сторон мешка это обеспечивает не только лучший внешний вид, но и прежде всего более высокую герметичность заделки. Раскрывающие элементы перемещают синхронно с транспортным элементом.

Фрикционное замыкание между раскрывающими ножами и стенкой мешка используют для того, чтобы за счет движения раскрывающих элементов вниз или вверх с помощью тех же приводов, которые совершают движение погружения, привести также верхнюю кромку мешка в нужное положение.

Таким образом впервые удалось достичь точной подготовки открытой верхней части мешка к собственно ее заделки без обрезания края мешка и подобных манипуляций.

Втягивание мешка в заделочное укупорочное устройство происходит предпочтительно так, что требуется только горизонтальное расстояние между мешками на ленточном транспортере. Это возможно, например, за счет двухклювой втягивающей системы. Параллельность передних частей клювов позволяет, кроме того, двигать перемещающуюся по ним зажимную каретку на постоянном расстоянии от мешка. Этим мешок удерживается с фиксацией в его положении также во время извлечения раскрывающих ножей, когда клювы в качестве держателей зажимного ремня еще не закрыты. Зажимное усилие в клюве, как в неподвижной части, можно произвольно выбирать, а бракованные мешки - удалять за счет выборочного ослабления зажимного усилия в подвижной или неподвижной части, в которой как раз находится дефектный мешок. Транспортный элемент опускают параллельно ей.

Фальцевание мешка осуществляют предпочтительно в несколько этапов. Сначала выполняют предварительную биговку и перегиб фальца независимо от толщины бумаги. Биговальные ролики выполнены цилиндрическими, так что верхняя часть ролика второго фальцевателя может служить одновременно прижимным роликом для первого фальца.

Фальцевальные устройства предпочтительно выполнены с возможностью регулирования по высоте для получения складок любой ширины. Фальцующий канал выполнен предпочтительно так, что могут быть уменьшены напряжения в зоне фальцевания мешка. Предпочтительно в зоне предварительной биговки (первый биг) расположены датчики для обнаружения дефектных мешков.

Непосредственно после второй биговки происходит нанесение клея, причем наносящее сопло выполнено с возможностью предпочтительно криволинейного перемещения с тем, чтобы достичь оптимального положения клеевого валика и по возможности постоянного расстояния между краем клея и первым фальцем опять-таки независимо от толщины бумаги и дугообразных или слегка изломанных фальцев.

Сжатие места склеивания происходит предпочтительно с помощью попарно расположенных сжимающих роликов для достижения высокого удельного сжатия, что обеспечивает очень короткое время сжатия, а за счет хорошего распределения клея и интенсивного смачивания им бумаги - небольшой расход клея.

Устройство согласно изобретению обеспечивает высокопроизводительное, непрерывное и малолюдное производство, во-первых, все перемещения происходят при управлении от меню, во-вторых, при изменении условий происходит автоматическое слежение за обусловленными меню параметрами и, в-третьих, гибко программируемые координаты, в любое время управляемые от программы, могут автоматически обрабатывать другой формат мешков (корректировка с помощью управления от меню, а новая настройка в зависимости от оценки).

Связующим звеном между отдельными позициями является транспортный элемент.

Изобретение поясняется ниже на примере его осуществления с помощью чертежей, на которых представлены:
фиг. 1: выравнивание согласно изобретению мешка после раскрывания края мешка;
фиг. 2: поэтапное раскрывание мешка (в качестве предпосылки выравнивания);
фиг. 3: основные этапы фальцевания и склеивания мешка;
фиг. 4: заделанный и заклеенный мешок, удерживаемый еще зажимным ленточным транспортером;
фиг. 5: устройство для автоматической заделки транспортных мешков с изображением отдельных операций;
фиг. 6: регулируемый по высоте транспортирующий элемент в его крайних положениях.

Открытый известным образом и заполненный на позиции наполнения, например мукой, мешок 1 (транспортируемый мешок из бумаги) устанавливают на транспортируемый элемент 3 и ускоряют до нужного уровня (фиг. 5), а также непрерывно движут дальше.

На фиг. 1 схематично изображена комбинация согласно изобретению предшествующего раскрывания и показанного здесь выравнивания мешка 1, в частности его края 2. Край 2 мешка имеет возможность выравнивания как по горизонтали, так и по вертикали. Важно, что согласно изобретению, выравнивание края 2 мешка в неизменном положении по высоте проводят посредством примыкающей ступени 4 обработки. Для этого предусмотрен зажимной ленточный транспортер 5, приводимый в движение синхронно с транспортирующим элементом 3.

Высоту края 2 мешка можно изменять, например, за счет внешних условий, таких как изменение объема продукта при том же весе или различная масса мешка.

На фиг. 2 изображены основные этапы раскрывания мешка. Сначала опускают раскрывающие элементы и внутренние ножи 6 погружают в мешок 1 предпочтительно глубоко, почти до уровня муки, тогда как по одному складкообразующему ножу 7 находится снаружи, наготове, вблизи узких сторон мешка 1. Открывающиеся в поперечном направлении внутренние ножи 6 натягивают материал мешка в виде прямоугольника, причем складкообразующие ножи 7 одновременно входят внутрь и образуют складку 8. В частности, складкообразующие ножи 7 оказывают на материал мешка регулируемое усилие натяжения, которое позволяет выровнять горловину мешка посредством всех ножей.

Поперечное открывание внутренних ножей 6 за счет их поворота наружу дает перед заложением боковой складки равномерно натянутый по периметру мешок 1. Поворот для поперечного открывания происходит, например, за счет пневмоцилиндров, причем поршень и шток имеют центр вращения спереди, соответственно на штоке или самом поршне, так что можно сэкономить на направляющей штока, отдельном поворотном шарнире и тем самым также уменьшить конструктивную длину.

Использование с каждой стороны двух внутренних ножей 6 и одного складкообразующего ножа 7 позволяет закладывать складку 8 или использовать складкообразующие ножи 7 для внутреннего раскрытия мешков 1 без складки 8, причем складкообразующие ножи 7 занимают рабочее положение внутренних ножей 6, а внутренние ножи 6 занимают исходное положение складкообразующих ножей 7. Для обеспечения задачи такой смены в общей сложности шесть ножей 6, 7 движутся только по двум направляющим (не показаны), V-образно, охватывая сверху держатель внутренних ножей 6 посредством каретки складкообразующих ножей 7. Предпочтительно два двигателя приводят в движение внутренние ножи 6 и складкообразующиее ножи 7 независимо друг от друга по общим направляющим через тяговый орган известным образом с использованием движущейся возвратно-поступательно ременной ветви. Это обеспечивает синхронное встречное направление движения двух соответствующих кареток для внутренних 6 и складкообразующих 7 ножей. Приводные цепи для приводных шестерней ремней складкообразующих и внутренних ножей служат предпочтительным образом также в качестве мест опоры для направляющих шестерней противоположной оси. Приводная шестерня для внутренних ножей 6, предпочтительно, прочно связана с валом, а направляющая шестерня для складкообразующего ножа 7 является свободной.

За счет регистрации ширины мешка посредством известных световых барьеров определяют нужный начальный момент погружения раскрывающих элементов.

Компенсация силы тяжести ножедержателей за счет одностороннего нагружения пневмоцилиндров позволяет уменьшить приводные усилия и сделать таким образом двигатели более легкими вплоть до привода всей оси.

Известные средства автоматики, включая датчики и устройства управления, обеспечивают точный по времени процесс перемещения.

Для последующего выравнивания по вертикали (фиг. 5) предусмотрена направляющая оптика, регулируемая по отношению к обрабатываемым форматам мешков. Направляющая оптика может быть простым образом свободно установлена в системе координат. Регулирование высоты верхней кромки края 2 мешка (а тем самым также положения по высоте ленты транспортирующего элемента) относительно раскрывающего устройства происходит за счет сравнения фактического пути выравнивания с заданным. Изменение высоты верхней кромки края 2 мешка, например, вследствие другого заполняемого продукта, компенсируется регулированием высоты ленты транспортирующего элемента. Таким образом отпадает необходимость постоянного наблюдения или ручного вмешательства.

Втягивание мешка 1 в устройство заделки происходит посредством двухклювой втягивающей системы (фиг. 1, зажимное устройство 9), благодаря чему расстояние между мешками на транспортирующем элементе 3 может быть порядка ширины мешков. Конструкция клювов с двойным шарниром обеспечивает параллельность передней пары клювов, что, в свою очередь, обеспечивает опирание зажимной каретки (зажимной ленточный транспортер 5) на направляющих, ориентированных параллельно направлению движения мешка 1, и тем самым перемещение зажимной каретки на постоянном расстоянии от мешка 1.

"Окончательно раскрытый" мешок 1 удерживают зажимной кареткой во время вывода внутренних ножей 6 из мешка 1 (фиг. 5) во избежание изменений положения мешка 1 к моменту, в который зажимная лента еще не сомкнулась, а внутренние ножи 6 уже выведены из мешка 1.

Возвращение зажимной каретки происходит без собственного привода только за счет фрикционного замыкания с движущейся обратно ветвью зажимной ленты.

Зажим мешка 1 для синхронной транспортировки через устройство заделки происходит посредством вертикально направляемых профильных зубчатых ремней с пневмоприжимом, что обеспечивает свободное регулирование зажимного усилия с требующим мало затрат регулированием давления. Прижимные поршни находятся в открытом спереди цилиндре, манжета действует на передней стороне как скребок, а со стороны цилиндра как уплотнение.

Бракованные мешки и т.п. могут быть автоматически удалены за счет посекторного выпуска воздуха зажимной ленты в зоне данного мешка 1 и опускания транспортирующего элемента 3.

На фиг. 3 изображены основные операции фальцевания и заклеивания открытого края 2 зажатого мешка 1. Первая пара биговальных роликов 9 выполняет первый биг 10 (предварительная биговка). Затем первое фальцевальное устройство 12 выполняет первый фальц, а вторая пара биговальных роликов 13 - второй биг 14. Затем клеевое сопло 15 описываемым ниже образом наносит клеевой слой 16. Непосредственно вслед за этим второе фальцевальное устройство 17 выполняет второй фальц, после чего двойной фальц 18 образует в паре сжимающих роликов 19 прочную и плоскую связь.

Место склеивания охлаждают затем пассивно известным образом окружающим воздухом и заделанный мешок 1 направляют на дальнейшую обработку (укладку на поддон и т.п.).

За счет предварительной биговки (биг 10) возможен свободный перегиб фальца 11 в спиралеобразном канале фальцевального устройства 12 с незначительным трением и независимо от толщины бумаги мешка 1. За счет цилиндрического исполнения биговальных роликов 9, 13, биговальный ролик 13 может одновременно служить прижимным роликом для первого фальца 11. Во вращение приводится только один ролик, а другой ролик пары вращается за счет трения о периферию первого ролика, что позволяет избежать излишних механизмов.

Высоту и положение фальца можно устанавливать автоматически, благодаря чему длину заделанного мешка 1 можно произвольно выбирать с целью оптимальной подгонки к величине поддона.

Выполнение фальцующего канала в виде шахты с параллельными боковыми стенками, между которыми перегнутая часть мешка движется после прохождения спирального фальцевателя, позволяет снять напряжения в зоне фальца, вызванные неодинаковыми по длине путями, которые передняя кромка фальца должна пройти относительно части в зоне фальца. Это обеспечивает не только прямой фальц 11, но и возможность предельного укорочения спирального патрона в случае, если к прямолинейности фальца 11 не предъявляются повышенные требования.

За счет оптических предельных датчиков (устанавливаемых в зависимости от ширины фальца) за первыми биговальными роликами 9 можно обнаруживать и выбраковывать неправильно выровненные мешки 1. Таким же образом здесь можно выталкивать и мешки 1 с неправильным весом и т.п.

Как правило, дефектные мешки выталкиваются самое позднее на конце заделочного устройства во избежание попадания таких дефектных мешков на устройство для укладки на поддоны и т.п.

Клеевое сопло 15 установлено на позиционирующей оси перпендикулярно оси фальца фиксировано или с возможностью криволинейного движения. С помощью кулачкового управления можно несмотря на типично слегка дугообразно изогнутый фальц 11 наносить параллельный этому фальцу 11 клеевой слой 16, в частности, также в его начальной зоне. Таким же образом различные толщины клеевого слоя 16 или клеевого валика можно корректировать так, что клей после сжатия дойдет точно до нижней кромки фальца.

В зависимости от толщины бумаги при одинаковой установке положения фальцевания получаются фальцы неодинаковой ширины вследствие неодинаковой длины нейтрального волокна по радиусу изгиба. За счет этого происходит смещение абсолютного положения идеальной линии нанесения клея. С помощью кулачкового управления и управления от меню для каждого формата мешков можно корректировать это типичное поведение.

Включение и выключение клеевого сопла 15 приходится на первые и последние миллиметры нанесенного клеевого валика или клеевого слоя 16. После сжатия это сказывается на ширине клеевого слоя 16. Для корректировки возникающей формы "рыбы" и приведение края клея в соответствие с краем фальца используют кулачковое управление.

Использование пары сжимающих роликов 19 вместо обычного, более длинного участка сжатия обеспечивает очень сильное сжатие клея по одной линии при небольшой затрате усилия. Сильное удельное сжатие (наподобие каландра) обеспечивает раскатывание клея в тонкую пленку при смачивании большой площади бумаги вплоть до его попадания в поры материала и тем самым большую площадь склеивания. Это важно, чтобы даже при расслаивании бумаги исключить разрыв в месте заделки.

К тому же клеевой слой 16 является гибким под изгибающей нагрузкой, менее склонен к разрыву по сравнению с обычно сжатыми между лентами и толстыми местами склеивания, и расходуется меньше клея. Кроме того, время охлаждения короче, и мешок 1 может нагружаться уже непосредственно после выхода из сжимающих роликов 19. Время сжатия составляет около 0,5 с и сразу же достигается около 80% от окончательной прочности. Проблем с расслаиванием не было обнаружено во время обширных испытаний. Также уменьшается конструктивная длина устройства заделки.

Как и биговальные ролики 9, 13 во вращение приводится только один сжимающий ролик 19, а второй вращается за счет трения о периферийную поверхность первого. Силовой поток по периферии всегда сохраняется с зажатым мешком 1 или без него.

На фиг. 5 изображено все устройство заделки или укупорочное устройство. Раскрывающее устройство содержит независимо управляемые приводы 20, 21 для внутренних 6 и складкообразующих 7 ножей, которые обеспечивают одно- или двухстороннее регулирование по высоте и последующее выравнивание. Посредством гидропривода или позиционирующего привода, не изображенных приводов ножи могут двигаться горизонтально и создавать соответствующее усилие натяжения. Раскрывающее устройство установлено с возможностью перемещения по горизонтальной направляющей 22 параллельно транспортирующему элементу 3 для синхронизации раскрывателей с мешком 1 и исключения мешающих усилий во время раскрывания. Функцией выравнивания, контролируемой датчиками 23, например оптическими зондами, можно управлять или регулировать ее наподобие робота посредством управляющей вычислительной машины.

Заполненный мешок 1 помещают от позиции 24 затаривания на транспортирующий элемент 3, причем боковая направляющая 25 удерживает мешок 1 в вертикальном положении. В целях высокой функциональной надежности мешки 1 должны быть расположены на равном и коротком расстоянии друг от друга.

Транспортирующий элемент 3 (фиг.6) выполнен с возможностью координированного регулирования по высоте посредством подъемных трапеций 26.

Использование встроенной управляющей сенсорики для одновременного обнаружения дефектных мешков 1 через относящуюся к объекту память обеспечивает выталкивание этих мешков 1 в предназначенном для этого месте.

Использование компьютерного управления обеспечивает, кроме того, управление от специфичных для данных мешков меню, а гибко программируемые координаты обеспечивают автоматическую настройку на другие габариты мешков. Специфичные для машины и способа особенности можно корректировать и регуляторы обеспечивают автоматическую настройку на изменившиеся внутренние и внешние условия, а за счет накопления регулируемых значений также в периодическом режиме работы.

Реферат

Заполненные мешки сначала раскрывают и выравнивают по высоте, затем зажимают двойным фальцем. Между операциями фальцевания наносят клей и образованный двойной фальц с местом склеивания сжимают в сжимающих роликах. Способ позволит обеспечить автоматическую заделку подобных мешков при затаривании до 1200 мешков в час с высокой гибкостью в отношении габаритов и массы мешков со сравнительно небольшими затратами. 2 с. и 21 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула