CN112537738B - 用于闭合螺旋盖的加盖装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于闭合螺旋盖的加盖装置和方法。具体地，本发明涉及一种用于闭合螺旋盖的加盖装置，该加盖装置包括马达和动力传动系，以便通过该动力传动系将力从马达传递到螺旋盖。该加盖装置包括控制单元，该控制单元被构造成用于利用马达的操作参数的测量实际值、目标闭合扭矩和实际闭合扭矩模型来动态地调适马达的操作。

Description

用于闭合螺旋盖的加盖装置和方法

技术领域

本发明属于例如以马达驱动方式自动闭合容器的螺旋盖的装置的技术领域。本发明特别地涉及一种用于闭合螺旋盖的加盖装置，该加盖装置包括马达和动力传动系，并且被构造成通过动力传动系将力从马达传递到螺旋盖。

背景技术

众所周知，通过适当地传递马达的力，通过马达来闭合螺旋盖，从而螺旋盖将被拧到螺纹上，例如容器开口上的螺纹上。在这样做时，举例来说，指定了最大马达扭矩。该变量可以很容易地用现有系统检测到，并且可以将马达控制成使得不会超过最大马达扭矩。这里马达扭矩是由马达输出的扭矩。当传递到盖时，该马达扭矩至少被分成动力传动系的固有扭矩和作用在螺旋盖上的扭矩。在已经被闭合后，可以量化螺旋盖闭合的紧密程度，例如通过实际闭合扭矩。实际闭合扭矩取决于在闭合过程期间作用在螺旋盖上的扭矩。此外，在闭合过程中，螺旋盖及其对应件的性质，特别是相应的螺纹，也是很重要的。为了确定它们对实际闭合扭矩的影响，可以将它们以反扭矩的形式量化。例如，盖及其对应件的摩擦系数、螺纹的几何形状或相应材料的弹性可能会影响反扭矩的大小。实际闭合扭矩不仅取决于作用在螺旋盖上的扭矩，而且还取决于该反扭矩。

原则上，期望实际闭合扭矩尽可能少地偏离预定目标闭合扭矩。但是，已知的系统导致实际闭合扭矩的相对广泛的分布。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种加盖装置和一种用于闭合螺旋盖的方法，在这种情况下，实际闭合扭矩与目标闭合扭矩的平均偏差减小。

该目的通过本发明的方案来实现。

根据本发明，开头提到的加盖装置包括控制单元，该控制单元被构造成用于利用马达的操作参数的测量实际值(例如马达的实际速度)、目标闭合扭矩和实际闭合扭矩模型，来动态地调适马达的操作。

在操作期间测量所述实际闭合扭矩在技术上是困难的。发明人还已发现，惯性和摩擦对偏差有很大的影响，惯性和摩擦发生在动力传动系中，并且可能导致一定量的超限等。即使在操作期间测量了实际闭合扭矩，并且如果当达到目标闭合扭矩时马达停止，但是由于动力传动系的超限，闭合扭矩仍将增加一定量，该一定量取决于各种系统参数和/或操作参数。由此可见，通过简单的偏移的校正并不总是能带来期望的改进。此外，盖和/或盖的对应件的性质的偏差(例如源自所使用的相应材料的偏差)也起到一定作用，由于由此引起的反扭矩随时间的发展，因此由于这种偏差，从一个盖过程到下一个盖过程，特别是朝向闭合过程结束的相应发展是不同的。

但是，所要求保护的动态调适允许可靠地减小实际闭合扭矩与目标闭合扭矩的偏差。

目标闭合扭矩在这里是指实际闭合扭矩在闭合过程完成后应该具有的预定值。目标闭合扭矩可以存储在任意位置，例如在加盖装置的存储介质上和单独的存储介质上。它可能是由使用者存储的。目标闭合扭矩有多高以及目标闭合扭矩以何种形式或单位来规定取决于实际使用情况，并且可以由本领域技术人员以合适的方式来选择。

除了马达和动力传动系之外，加盖单元还可以包括直接与盖相互作用的元件，例如旋拧头，该旋拧头被构造成用于保持盖和/或用于在闭合过程期间直接传递力。马达可以是例如电动马达。作为示例，动力传动系可以包括齿轮单元。

螺旋盖可以包括用于容器的盖，例如盖帽，该盖设置有螺纹，特别是内螺纹。

动态调适在这里是指例如通过闭环控制过程来执行控制，该闭环控制过程具有供应给它的马达操作参数的实际值，并且在整个闭合过程期间调节马达操作参数的设定值，从而将会实现预定目标闭合扭矩。特别地，加盖装置可以被构造成使得马达操作的测量和调适，特别是借助于实际闭合扭矩模型的实际闭合扭矩的计算，连续发生。

特别地，可以执行动力传动系的固有扭矩以及由此导出的实际闭合扭矩的连续计算，并且基于该计算，可以调节操作参数的值。在最简单的情况下，实际闭合扭矩模型可以通过形成马达扭矩(由马达输出的扭矩)与动力传动系的固有扭矩之间的差值来生成实际闭合扭矩的值。

实际闭合扭矩模型可以被构造成使得基于作用在盖上的模拟扭矩，它将提供由该模拟扭矩产生的模拟实际闭合扭矩。

这里，作用在盖上的扭矩可以由马达扭矩、动力传动系的固有扭矩以及可能的其它系统参数(例如摩擦)产生，并且是传递到盖的扭矩。闭合扭矩取决于作用在盖上的扭矩以及反扭矩。反扭矩可以例如取决于盖和/或其对应件的性质，特别是它们的螺纹的性质，如上文所解释。因此，这些性质和参数可能会影响作用在盖上的模拟扭矩和模拟闭合扭矩。

实际闭合扭矩模型可以被构造成使得利用动力传动系模型，该实际闭合扭矩模型提供了作用在盖上的扭矩，该动力传动系模型特别地包括动力传动系的模拟固有扭矩。

动力传动系模型可被构造成使得其基于动力传动系中的惯性和/或摩擦来提供动力传动系的固有扭矩值。

控制单元可以被构造成用于基于控制回路来动态地调适马达的操作。

控制回路可以被构造成用于基于作为输入变量的预定目标闭合扭矩和操作参数的测量的实际值，为至少一个待设定的操作参数输出一个值和/或值的范围和/或该值的上限和/或下限。

控制回路可以被构造成利用实际闭合扭矩模型来确定实际闭合扭矩的当前值，并且基于该实际闭合扭矩的当前值和目标闭合扭矩，特别是基于该实际闭合扭矩的值与该目标闭合扭矩的值之间的比较来确定该至少一个待设定的操作参数的值和/或值的范围和/或该值的上限和/或下限。

控制回路可以被构造成确定用于该待设定的操作参数的值和/或值的范围和/或该值的上限和/或下限，使得当设定该待设定的操作参数的值时，根据实际闭合扭矩模型，能够预期实际闭合扭矩的值接近目标闭合扭矩。

控制单元可以被构造成在马达处设定操作参数值，该操作参数值对应于输出值和/或位于输出值的范围内和/或低于输出上限和/或高于输出下限。

该待设定的操作参数可以包括马达速度和/或马达扭矩。

加盖装置可以被构造成用于通过实际闭合扭矩模型并通过利用操作参数的一个设定值或所述设定值、操作参数的预期实际值和操作参数的测量值来确定反扭矩的值，特别是上述反扭矩的值，该反扭矩例如由螺旋盖引起。

本发明还涉及一种包括上述加盖装置中的至少一个加盖装置的加盖机。该加盖机特别地可以被构造成用于连续操作。加盖机、特别是被构造成用于连续操作的加盖机可以被构造成包括多个上述加盖装置的机器的形式。该机器特别地可以被构造成旋转机器的形式，并且包括多个根据本发明的加盖装置。在这种情况下，加盖装置可以特别地布置在旋转机器的转盘的外圆周上，该转盘被构造成输送待闭合的容器。特别地，加盖装置可以按规则的间隔布置在转盘的外圆周上。

提供多个加盖装置有利于增加处理量。特别是对于包括多个加盖装置的布置，特别是在旋转机器中，由于这种高处理量，利用马达尽可能快但精确地执行闭合过程是特别有利的，从而上述加盖装置的使用将允许高处理量与高品质的结合，特别是在这种机器中。

本发明还涉及一种填充设备，特别是用于食品填充的填充设备，该填充设备包括一个或多个上述加盖装置，特别是上述加盖机中的至少一个，特别是上述旋转机器中的至少一个。

本发明还涉及一种用于闭合螺旋盖的方法，其中，为了闭合的目的，力通过动力传动系从马达传递到螺旋盖。利用马达操作参数的测量实际值(例如实际速度)、目标闭合扭矩以及实际闭合扭矩模型，动态地调适马达的操作。

方法步骤可以作为闭环控制方法来执行，即，这些步骤可以重复执行，并且操作参数的值可以动态地调适。操作参数的实际值的测量和马达操作的调适特别地可以连续进行。

马达的操作可以动态调适，特别是基于控制回路进行动态调适。特别地，控制回路可以被构造成用于基于作为输入变量的预定目标闭合扭矩和操作参数的测量实际值，来至少对于一个待设定的马达操作参数，输出一个值和/或值的范围和/或该值的上限和/或下限。

控制回路可以被构造成用于利用实际闭合扭矩模型来确定实际闭合扭矩的当前值，并且基于该实际闭合扭矩的当前值和目标闭合扭矩，特别是基于该实际闭合扭矩的值与该目标闭合扭矩之间的比较来确定该至少一个待设定的操作参数的值和/或值的范围和/或该值的上限和/或下限。

控制回路可以特别地被构造成用于确定该待设定的操作参数的值和/或值的范围和/或该值的上限和/或下限，使得当设定待设定的操作参数的值时，根据实际闭合扭矩模型，能够预期实际闭合扭矩的值接近目标闭合扭矩。

该方法可以包括通过控制单元在马达处设定操作参数值，该操作参数值对应于输出值和/或位于输出值范围内和/或低于输出上限和/或高于输出下限。

结合该装置描述的特征和优点也以类似的方式适用于该方法。

总之，本发明提供了一种用于闭合螺旋盖的加盖装置，所述加盖装置包括马达和动力传动系，并且被构造成用于通过所述动力传动系将力从所述马达传递到所述螺旋盖，

所述加盖装置还包括：

控制单元，所述控制单元利用所述马达的操作参数的测量实际值、目标闭合扭矩和实际闭合扭矩模型来动态地调适所述马达的操作，

其中，所述实际闭合扭矩模型基于作用在所述盖上的模拟扭矩提供了由该模拟扭矩引起的模拟实际闭合扭矩，

其中，所述控制单元被构造成用于基于控制回路来动态地调适所述马达的操作，

其中，所述控制回路被构造成用于基于作为输入变量的预定目标闭合扭矩和所述操作参数的测量实际值，为至少一个待设定的操作参数输出一值和/或值的范围和/或所述值的上限和/或下限，

其中，所述控制回路被构造成利用所述实际闭合扭矩模型来确定所述实际闭合扭矩的当前值，并且基于所述实际闭合扭矩的当前值和所述目标闭合扭矩的值之间的比较，来确定所述至少一个待设定的操作参数的值和/或值的范围和/或上限和/或下限。

优选地，所述实际闭合扭矩模型利用动力传动系模型来提供作用在所述盖上的扭矩，所述动力传动系模型包括所述动力传动系的模拟固有扭矩。

优选地，所述动力传动系模型根据所述动力传动系中的惯性和/或摩擦来提供所述动力传动系的固有扭矩的值。

优选地，所述控制回路被构造成确定用于待设定的操作参数的值和/或所述值的范围和/或上限和/或下限，使得当设定所述待设定的操作参数的值时，根据所述实际闭合扭矩模型，能够预期所述实际闭合扭矩的值接近所述目标闭合扭矩的值。

优选地，所述控制单元被构造成在所述马达处设定一值，该值对应于输出值和/或位于输出值的范围内和/或低于输出上限和/或高于输出下限。

优选地，待设定的操作参数包括马达速度和/或马达扭矩。

优选地，所述加盖装置被构造成用于通过所述实际闭合扭矩模型并且通过利用所述操作参数的一个设定值或所述设定值、所述操作参数的预期实际值和所述操作参数的测量值，来确定由所述螺旋盖引起的反扭矩。

本发明还提供了一种用于闭合螺旋盖的方法，其中，为了闭合的目的，力通过动力传动系从马达传递到所述螺旋盖，

其中

利用所述马达的操作参数的测量实际值、目标闭合扭矩以及实际闭合扭矩模型来动态地调适所述马达的操作，

其中，所述实际闭合扭矩模型基于作用在所述盖上的模拟扭矩提供了由该模拟扭矩引起的模拟实际闭合扭矩，

其中，基于控制回路动态地调适马达的操作，

其中，所述控制回路被构造成用于基于作为输入变量的预定目标闭合扭矩和所述操作参数的所述测量实际值，至少为一个待设定的马达操作参数输出一值和/或值的范围和/或所述值的上限和/或下限，

其中，所述控制回路被构造成用于利用所述实际闭合扭矩模型来确定所述实际闭合扭矩的当前值，并且用于基于所述实际闭合扭矩的当前值和所述目标闭合扭矩的值之间的比较，来确定至少一个待设定的操作参数的值和/或值的范围和/或上限和/或下限。

优选地，所述控制回路被构造成用于确定待设定的操作参数的值和/或所述值的范围和/或上限和/或下限，使得当设定所述待设定的操作参数的值时，根据所述实际闭合扭矩模型，能够预期所述实际闭合扭矩的值接近所述目标闭合扭矩。

优选地，利用控制单元，在所述马达处设定一值，该值对应于输出值和/或位于输出值的范围内和/或低于输出上限和/或高于输出下限。

附图说明

下文将参考示例性附图解释附加的特征和优点，其中：

图1示出了根据一个实施例的加盖装置的示意图，该图未按照比例绘制，并且

图2示出了根据一个实施例的控制回路。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了本发明的一个实施例的加盖装置1，并且该加盖装置1未真实按照比例绘制。加盖装置包括马达2、动力传动系3和旋拧头4。

此外，该图示出了支撑件5，该支撑件5可以是加盖装置的一部分，或者可以不是加盖装置的一部分，并且该支撑件5被构造成用于支撑容器6，特别是用于在旋拧头的操作区域中支撑容器。

此外，示出了由旋拧头保持的螺旋盖7。螺旋盖具有螺纹7a，这里该螺纹7a是内螺纹。为了示出螺纹，这里示出了穿过螺旋盖的截面。容器在待闭合的端部处具有螺纹6a，该螺纹6a在这里示例性地是与螺旋盖的螺纹相匹配的外螺纹。不言而喻，加盖装置不限于仅仅闭合这种类型的容器和盖。

该图还示出了传感器8，该传感器8可以附接到马达或者与马达一体形成。传感器被构造成用于测量马达的至少一个操作参数的实际值，例如用于检测马达速度和/或马达扭矩。

此外，示出了控制单元9，该控制单元9经由数据链路10连接到传感器，传感器和控制单元被构造成使得由传感器检测到的数据被传递到控制单元。可替代地，控制单元和传感器可以彼此一体形成。

控制单元被构造成用于设定马达的一个或多个操作参数的相应值。为此，控制单元可以具有到马达的数据链路11。可替代地，控制单元可以与马达一体形成。

在下文中，将描述一种用于闭合螺旋盖的方法，该方法特别地可以用上述加盖装置来执行。

特别地，为了闭合螺旋盖，螺旋盖可以拧到容器的容器螺纹上。这样，容器可以例如由支撑件支撑，并且螺旋盖可以由旋拧头保持。马达可以例如由控制单元操作(例如控制)，并且马达的力可以通过动力传动系、特别是经由旋拧头传递到螺旋盖。马达的力的转移可以包括马达的力的传递和/或偏转。

利用马达操作参数的测量实际值(例如实际速度)、目标闭合扭矩和实际闭合扭矩模型，动态地调适马达的操作。为此目的可以使用控制回路，例如下文结合图2详细描述的控制回路。

例如，基于作为输入变量的预定目标闭合扭矩和操作参数的测量实际值，实际闭合扭矩模型可以用于为至少一个待设定的马达操作参数确定和输出一个值和/或值的范围和/或该值的上限和/或下限。

例如，可以确定和输出待设定的马达速度和/或待设定的马达扭矩和/或马达扭矩的最大值，其中马达扭矩被限制到该最大值，即马达扭矩的上限。

该方法可以包括利用实际闭合扭矩模型来确定当前实际闭合扭矩，并且基于该当前实际闭合扭矩和目标闭合扭矩，来确定该至少一个待设定的操作参数的值和/或值的范围和/或上限和/或下限。为此，实际闭合扭矩可以例如与目标闭合扭矩进行比较，特别是从目标闭合扭矩中减去。

可以确定该待设定的操作参数的值和/或值的范围和/或该值的上限和/或下限，使得当设定该待设定的操作参数的值时，根据实际闭合扭矩模型，能够预期实际闭合扭矩值接近目标闭合扭矩。

然后，在马达处为操作参数设定的值将是如下一个值，该值对应于输出值和/或位于输出值范围内和/或低于输出上限和/或高于输出下限。

上述方法步骤作为闭环控制过程来执行，即，重复执行这些步骤，并且动态地调适操作参数的值。测量、确定和输出特别地可以连续进行。

图2中示出了示例性控制回路12，该示例性控制回路12可以用于上述方法和/或上述加盖装置中，以用于动态地调适马达的操作。控制回路特别地包括闭合扭矩控制器13。受控变量在这里是闭合扭矩，闭合扭矩控制器的输入变量是目标闭合扭矩和实际闭合扭矩。

除了闭合扭矩控制器之外，控制回路还包括区段14，该区段14利用实际闭合扭矩模型，根据马达的实际速度和(受限的)马达扭矩而确定实际闭合扭矩，并将该实际闭合扭矩输出到闭合扭矩控制器。该区段还在这里示例性地执行动力传动系的固有扭矩的模拟。

不言而喻，通常，上述实施例中提到的特征不限于这些特殊的组合，并且也可以用于任何其它组合。

Claims (10)

1.一种用于闭合螺旋盖(7)的加盖装置(1)，所述加盖装置(1)包括马达(2)和动力传动系(3)，并且被构造成用于通过所述动力传动系(3)将力从所述马达(2)传递到所述螺旋盖(7)，

所述加盖装置还包括：

控制单元(9)，所述控制单元(9)利用所述马达(2)的操作参数的测量实际值、目标闭合扭矩和实际闭合扭矩模型来动态地调适所述马达的操作，

其中，所述实际闭合扭矩模型基于作用在所述盖上的模拟扭矩提供了由该模拟扭矩引起的模拟实际闭合扭矩，

其中，所述控制单元(9)被构造成用于基于控制回路(12)来动态地调适所述马达的操作，

其中，所述控制回路(12)被构造成用于基于作为输入变量的预定目标闭合扭矩和所述操作参数的测量实际值，为至少一个待设定的操作参数输出一值和/或值的范围和/或所述值的上限和/或下限，

其中，所述控制回路(12)被构造成利用所述实际闭合扭矩模型来确定所述实际闭合扭矩的当前值，并且基于所述实际闭合扭矩的当前值和所述目标闭合扭矩的值之间的比较，来确定所述至少一个待设定的操作参数的值和/或值的范围和/或上限和/或下限。

2.根据权利要求1所述的加盖装置(1)，其中，所述实际闭合扭矩模型利用动力传动系模型来提供作用在所述盖上的扭矩，所述动力传动系模型包括所述动力传动系(3)的模拟固有扭矩。

3.根据权利要求2所述的加盖装置(1)，其中，所述动力传动系模型根据所述动力传动系(3)中的惯性和/或摩擦来提供所述动力传动系(3)的固有扭矩的值。

4.根据权利要求1所述的加盖装置(1)，其中，所述控制回路(12)被构造成确定用于待设定的操作参数的值和/或所述值的范围和/或上限和/或下限，使得当设定所述待设定的操作参数的值时，根据所述实际闭合扭矩模型，能够预期所述实际闭合扭矩的值接近所述目标闭合扭矩的值。

5.根据权利要求4所述的加盖装置(1)，其中，所述控制单元(9)被构造成在所述马达(2)处设定一值，该值对应于输出值和/或位于输出值的范围内和/或低于输出上限和/或高于输出下限。

6.根据权利要求4或5所述的加盖装置(1)，其中，待设定的操作参数包括马达速度和/或马达扭矩。

7.根据权利要求1-5中的任一项所述的加盖装置(1)，其中，所述加盖装置被构造成用于通过所述实际闭合扭矩模型并且通过利用所述操作参数的一个设定值或所述设定值、所述操作参数的预期实际值和所述操作参数的测量值，来确定由所述螺旋盖(7)引起的反扭矩。

8.一种用于闭合螺旋盖(7)的方法，其中，为了闭合的目的，力通过动力传动系(3)从马达(2)传递到所述螺旋盖(7)，

其中

利用所述马达(2)的操作参数的测量实际值、目标闭合扭矩以及实际闭合扭矩模型来动态地调适所述马达的操作，

其中，所述实际闭合扭矩模型基于作用在所述盖上的模拟扭矩提供了由该模拟扭矩引起的模拟实际闭合扭矩，

其中，基于控制回路(12)动态地调适马达的操作，

其中，所述控制回路(12)被构造成用于基于作为输入变量的预定目标闭合扭矩和所述操作参数的所述测量实际值，至少为一个待设定的马达操作参数输出一值和/或值的范围和/或所述值的上限和/或下限，

其中，所述控制回路(12)被构造成用于利用所述实际闭合扭矩模型来确定所述实际闭合扭矩的当前值，并且用于基于所述实际闭合扭矩的当前值和所述目标闭合扭矩的值之间的比较，来确定至少一个待设定的操作参数的值和/或值的范围和/或上限和/或下限。

9.根据权利要求8所述的方法，

其中，所述控制回路(12)被构造成用于确定待设定的操作参数的值和/或所述值的范围和/或上限和/或下限，使得当设定所述待设定的操作参数的值时，根据所述实际闭合扭矩模型，能够预期所述实际闭合扭矩的值接近所述目标闭合扭矩。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，利用控制单元(9)，在所述马达(2)处设定一值，该值对应于输出值和/或位于输出值的范围内和/或低于输出上限和/或高于输出下限。

Images