DE10124659A1 - Vorrichtung zum Aufschrauben von Schraubverschlüssen auf Behälter - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Aufschrauben eines Schraubverschlusses auf einen Behälter mit einer zwischen einer antreibbaren Spindel und dem Verschließkopf angeordneten Magnetkupplung ist im Umlaufbereich der mit dem Verschließkopf verbundenen Permanentmagnete ein deren Bewegungszustand erfassender induktiver Detektor vorgesehen. Hierdurch ist auf einfachste Weise eine Drehzahlüberwachung des Verschließkopfs möglich und es können Störungen wie fehlerhafte Behälterklemmung, fehlerhafter Verschließkonus oder fehlerhaftes Gewinde zuverlässig festgestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufschrauben von Schraubverschlüssen auf Behälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist durch die DE 32 45 966 C2 bekannt. Dabei erlaubt die durch die Magneten und einen Ring aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität gebildete Schlupf- bzw. Hysteresekupplung ein feinfühliges und reproduzierbares Einstellen des von der Spindel auf den Verschließkopf übertragbaren Drehmoments. Dieses wirkt auch nach einem Festdrehen eines Schraubverschlusses auf dem Gewinde der Behältermündung aus Sicherheitsgründen noch eine gewisse Zeit weiter und führt z. B. bei fehlerhaften Gewinden oder mangelhafter Behälterklemmung zu einem Weiterdrehen des Schraubkopfs, was ein Anzeichen für einen fehlerhaften Verschließvorgang ist. Eine Überwachung dieses Vorgangs ist bei der bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen.

Andererseits sind bereits Vorrichtungen zum Aufschrauben von Schraubverschlüssen auf Behälter bekannt, bei denen der Verschließkopf direkt durch einen eigenen Motor mit einstellbarem Drehmoment antreibbar ist (DE 40 11 398 C2). Hierbei wird die Drehgeschwindigkeit des Verschließkopfs durch einen eigenen Drehwinkelsensor überwacht. Dieser Drehwinkelsensor steuert zum einen den Antriebsmotor für den Verschließkopf und erzeugt zum anderen in Verbindung mit einer Auswertungseinrichtung ein Fehlersignal, wenn der Verschließkopf an bestimmten Stellen dreht oder nicht dreht. Dies führt zu einem Aussondern des entsprechenden fehlerhaft verschlossenen Behälters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln eine Überwachung der Verschließkopfdrehung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die ohnehin vorhandenen Permanentmagneten der Rutsch- oder Hysteresekupplung zur Drehüberwachung des Verschließkopfs herangezogen. Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Doppelfunktion der Magneten ergibt sich ein äußerst geringer konstruktiver Aufwand. Die Magneten sind im allgemeinen gut geschützt in einem Gehäuse angeordnet, so dass eine mikrobiologisch vorteilhafte Bauweise der Verschließvorrichtung nicht beeinträchtigt wird.

Der Detektor besitzt im einfachsten Falle eine Spule, ggf. mit einem Weicheisenkern, die gegenüber dem Verschlusskopf feststeht. Bei einer Relativdrehung zwischen der Spule und den Magneten wird in der Spule eine Spannung induziert, die in einer angeschlossenen Auswertungseinrichtung auf einfache Weise verwertet werden kann.

Sind mehrere Vorrichtungen auf einem gemeinsamen Rotor angeordnet, so kann der Detektor ohne weiteres stationär an einem bestimmten Bereich der kreisförmigen Umlaufbahn der Verschließköpfe angeordnet werden. Je nach dem, ob die Verschließköpfe zusätzlich zur Umlaufbewegung eine Eigenrotation ausführen oder nicht ergibt sich dann in dem Detektor ein unterschiedliches Signal, das sich wiederum einfach auswerten lässt.

Der Detektor kann, muss aber nicht die gesamte Umlaufbahn der Verschließköpfe abdecken. Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung überwacht er lediglich denjenigen Bereich, in dem bei normalem Ablauf des Verschließvorgangs nach einem Anziehen des Schraubverschlusses mit dem eingestellten Drehmoment der Magnetkupplung der Verschließkopf keine Eigenrotation mehr ausführt. Wird in diesem Bereich jedoch eine Eigendrehung der Magneten registriert, so ist dies unter anderem ein Hinweis auf einen oder mehrere der folgenden Fehler oder Störungen:

• a) Behälter dreht durch wegen fehlerhafter oder verschlissener Klemmung;
• b) Verschließkopf dreht durch wegen verschlissener Verzahnung des Verschließkonus;
• c) Schraubverschluss dreht durch wegen fehlerhaftem Gewinde am Verschluss oder Behälter.

All diese Fälle, die zu einem fehlerhaften Sitz des Schraubverschlusses führen, können durch den stationären Detektor erfasst werden. Mittels einer an diesen angeschlossenen Auswertungseinrichtung ist es dann je nach Wunsch möglich, z. B. ein Alarmsignal auszulösen, den Behälter mit dem fehlerhaften Verschluss automatisch auszuschleusen und/oder den Verschließkopf, der den fehlerhaften Sitz verursacht hat, anzuzeigen.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im Nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Draufsicht auf eine Verschließmaschine für PET-Flaschen, integriert in eine Abfüllanlage

Fig. 2 den senkrechten Schnitt durch eine einzelne Verschließvorrichtung der Verschließmaschine nach Fig. 1 im Bereich des Winkels R

Fig. 3 die Draufsicht auf die Magnetanordnung der Verschließvorrichtung nach Fig. 2

Fig. 4 die Draufsicht auf den Hysteresering der Verschließvorrichtung nach Fig. 2.

Die Verschließmaschine M nach Fig. 1 bis 4 ist zum kontinuierlichen Verschließen von PET-Flaschen 3 mit üblichen Schraubverschlüssen aus Kunststoff eingerichtet und in eine Abfüllanlage integriert. Diese umfasst außerdem eine Füllmaschine 10, einen die mit einem Getränk gefüllten Flaschen 3 von der Füllmaschine 10 zur Verschließmaschine M überführenden Transferstern 11 sowie einen die gefüllten und verschlossenen Flaschen 3 von der Verschließmaschine M übernehmenden und an einen Abförderer 13 übergebenden Auslaufstern 12. Von der Füllmaschine 10, dem Transferstern 11 und dem Auslaufstern 12 sind in Fig. 1 lediglich die Teilkreise dargestellt.

Die Verschließmaschine M weist einen um eine senkrechte Achse 14 kontinuierlich in Pfeilrichtung antreibbaren Rotor 15 auf, an dem gleichmäßig über den Umfang verteilt mehrere gleichartige Verschließvorrichtungen 1 angeordnet sind. Im Nachstehenden wird der Aufbau einer dieser Verschließvorrichtungen 1 anhand der Fig. 2 bis 4 näher erläutert.

Die Vorrichtung 1 weist eine im Rotor 15 drehbar gelagerte Spindel 4 mit senkrechter Drehachse auf. Die Spindel 4 setzt sich aus mehreren Teilen zusammen, die einheitlich rechts steigend schraffiert sind. Im unteren, hohlen Endbereich der Spindel 4 ist mittels zweier Wälzlager 16 ein Verschließkopf 5 mit gleichfalls senkrechter Drehachse frei drehbar gelagert. Auch der Verschließkopf 5 setzt sich aus mehreren Teilen zusammen, die einheitlich links steigend schraffiert sind. Im unteren Bereich weist der Verschließkopf 5 in herkömmlicher Weise einen federnden Niederhalter 17, einen gezahnten Verschließkonus 18 sowie einen elastischen Haltering 19 für die nicht gezeigten Schraubverschlüsse auf.

An der Außenseite des Verschließkopfs 5 sind acht Permanentmagneten 7 mit abwechselnder Polung befestigt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Die an der Außenseite zylindrische Anordnung der Permanentmagneten 7 ist mit geringem Luftspalt konzentrisch von einem Hysteresering 2 aus Material mit hoher Permeabilität, z. B. Weicheisen, umgeben, der an der Innenseite der Spindel 4 auf Höhe der Permanentmagneten 7 befestigt ist. Die Permanentmagneten 7 und der Hysteresering 2 bilden zusammen eine Magnetkupplung 6, genauer gesagt eine Hysteresekupplung, die in einem großen Drehzahlbereich ein vorgegebenes Drehmoment von der angetriebenen Spindel 4 auf den relativ zu dieser drehbar gelagerten Verschließkopf 5 überträgt. Die Größe des Drehmoments ist durch Höhenverstellung des Hystereserings 2 einstellbar; in Fig. 2 ist auf der linken Seite die Einstellung mit maximalem Drehmoment und auf der rechten Seite die Einstellung mit minimalem Drehmoment dargestellt. Die Permanentmagneten 7 bleiben hierbei auf gleicher Höhe.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist an der Unterseite des Rotors 15 für jede Verschließvorrichtung 1 mittels senkrechter Stangen 20 eine horizontale Halteplatte 21 für eine zu verschließende Flasche 3 befestigt, die eine radial nach außen hin offene U- förmige Ausnehmung 22 für den Flaschenhals aufweist. An der Oberseite der Halteplatte 21 ist eine mit mehreren nach oben gerichteten Spitzen versehene Auflage 23 befestigt. Auf der Auflage 23 bzw. deren Spitzen liegt die zu verschließende Flasche 3 mit ihrem Tragring auf und ist so in Zusammenwirkung mit der durch den gefederten Niederhalter 17 ausgeübten Anpresskraft gegen Drehung gesichert. Durch einen stationären Führungsbogen 24 wird die Flasche 3 in der Ausnehmung 22 gehalten. Der Führungsbogen 24 bestreicht den gesamten Transportbereich der Flaschen 3 im Bereich der Verschließmaschine M und ist mit mehreren stationären Säulen 25 am nicht gezeigten, nicht drehenden Oberteil des Rotors 15 befestigt. Eine Bodenabstützung für die Flaschen 3 ist nicht vorgesehen.

Im Betrieb der Verschließmaschine M bei umlaufendem Rotor 15 werden die Spindeln 4 durch ein nicht gezeigtes Planetengetriebe in Eigenrotation versetzt und zwar in dem mit V und R markierten Winkelbereich ihrer Umlaufbahn. Dabei wird der mit V bezeichnete Verschließwinkel für ein ordnungsgemäßes Verschließen der Flasche 3 benötigt, wobei die Spindeln 4 und der über die Hysteresekupplung 6 mitgenommene Verschließkopf 5 bei üblichen Schraubverschlüssen maximal ca. 2,7 Umdrehungen ausführen. Danach ist der Schraubverschluss mit dem eingestellten Drehmoment fest auf die Flasche 3 aufgeschraubt und diese ist ordnungsgemäß abgedichtet. Innerhalb des mit R markierten Restwinkels der Umlaufbahn werden die Spindeln 4 weiter in Rotation versetzt; die Verschließköpfe 5 dagegen stehen hier im Normalfall still, wobei der Schlupf durch die Hysteresekupplung 6 aufgenommen wird.

Im Bereich des Restwinkels R ist ein stationärer Detektor 8 zur Drehzahlüberwachung der Verschließköpfe 5 angeordnet. Der Detektor 8 ist starr auf dem Führungsbogen 24 bzw. dessen Tragsäulen 25 befestigt und zwar auf Höhe der Permanentmagneten 7. Er liegt mit seiner zur Achse 14 weisenden Sensorfläche mit geringem Abstand an der Umlaufbahn der Spindeln 4. Im Bereich der Sensorfläche ist im Gehäuse des Detektors 8 eine längliche Spule 9 mit guter elektrischer Leitfähigkeit flüssigkeitsdicht eingelassen, die mit einer Detektionsschaltung 26 verbunden ist. Die Spule 9 ist horizontal ausgerichtet und deckt im Ausführungsbeispiel exakt den Restwinkel R ab.

Läuft ein Verschließkopf 5 ohne Eigenrotation am Detektor 8 vorbei, so wird in der Spule 9 je nach Winkelposition der Permanentmagneten 7 eine mehr oder weniger große, jedoch konstante Spannung induziert. Führt dagegen der Verschließkopf 5 beim Passieren des Detektors 8 eine Eigenrotation aus, so wird durch die an der Spule 9 vorbeidrehenden Permanentmagneten 7 eine pulsierende oder Wechselspannung induziert. Dieser unterschiedliche Spannungs- oder Signalverlauf kann durch die Detektionseinrichtung 26 zweifelsfrei unterschieden werden. Diese erzeugt ein Fehlersignal wenn sie eine pulsierende oder Wechselspannung aufspürt. Dieses Fehlersignal wird an eine an den Detektor 8 angeschlossene Auswertungseinrichtung 27 weitergeleitet.

Die Auswertungseinrichtung 27 löst im einfachsten Falle ein Alarmsignal aus, wodurch das Bedienungspersonal auf den durchdrehenden Verschließkopf 5 aufmerksam gemacht wird, der Anzeichen für eine der in der Beschreibungseinleitung geschilderten Störungen a) bis c) ist. Auch ist es möglich, dass die Auswertungseinrichtung 27 beim Eingang eines Fehlersignals die Aussortierung der vom durchdrehenden Verschließkopf 5 bearbeiteten Flasche 3 auslöst. Dies kann z. B. mit Hilfe von nicht gezeigten steuerbarer Klammern im Auslaufstern 12 erfolgen, welche die fehlerhaften Flaschen auf eine eigene Förderbahn 28 aussortieren. Weiter ist es zweckmäßig, die Auswertungseinrichtung 27 mit einem nicht gezeigten Flaschenfühler zu koppeln, der bei Nicht- Vorhandensein einer Flasche 3 unter einem dann durchdrehenden Verschließkopf 5 ein irrtümliches Fehlersignal unterdrückt. Ferner ist es möglich, dass die Auswertungseinrichtung 27 den durchdrehenden Verschließkopf identifiziert und anzeigt, wozu beispielsweise ein die exakte Winkelposition des Rotors 15 überwachender Winkelcodierer angeschlossen ist. Dieser ist auch vorteilhaft um der Auswertungseinrichtung 27 oder der Detektionsschaltung 26 die jeweilige Geschwindigkeit des Rotors 5 bzw. der Spindeln 4 mitzuteilen.

Im vorliegenden Falle ist zwischen den Permanentmagneten 7 am Verschließkopf 5 und dem Detektor 8 noch der Hysteresering 2 der Magnetkupplung 6 angeordnet. Die Auswertung durch die Spule 9 wird hierdurch nicht gestört, da der Hysteresering 7 zwar eine hohe Permeabilität aufweist, selbst jedoch kein Magnetfeld besitzt. Die durch die Permanentmagneten 7 erzeugten Magnetfelder schlagen sozusagen durch den Hysteresering 2 durch bis zur Spule 9.

Im Unterschied zum beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Detektor 8 auch einen größeren Umlaufwinkel der Verschließköpfe 5 abdecken und er kann auch mehrere Spulen 9 aufweisen. Auch ist es möglich an bestimmten Stellen zu überwachen, ob ein Verschließkopf 5 dreht und ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn er keine Eigenrotation ausführt, z. B. im Verschließwinkel V.

Claims (6)

1. Vorrichtung (1) zum Aufschrauben eines Schraubverschlusses auf einen Behälter (3), mit einer antreibbaren Spindel (4) und einem relativ zu dieser drehbaren Verschließkopf (5), wobei zwischen der Spindel und dem Verschließkopf eine Magnetkupplung (6) mit mehreren mit dem Verschließkopf drehfest verbundenen Permanentmagneten (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Umlaufbereich der Permanentmagnete (7) ein deren Bewegungszustand erfassender, vorzugsweise induktiver Detektor (8) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (8) mindestens eine elektrische Spule (9) aufweist, in der durch die vorbeidrehenden Permanentmagneten (7) eine Spannung induzierbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (8) gegenüber dem Verschließkopf (5) feststehend angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschließkopf (5) auf einer Kreisbahn umläuft und der Detektor (8) stationär an der Umlaufbahn des Verschließkopfs (5) auf Höhe der Permanentmagneten (7) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (8) in einem an den Verschließwinkel (V) anschließenden Restwinkel (R) der Kreisbahn des Verschließkopfs (5) angeordnet ist, in dem normalerweise bei ordnungsgemäßem Verschließvorgang keine Eigendrehung des Verschließkopfs (5) stattfindet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Detektor (8) eine Auswertungseinrichtung (27) angeschlossen ist, die bei einem vom Detektor (8) registrierten fehlerhaften Bewegungszustand der Permanentmagnete (7) einen Alarm auslöst und/oder eine Ausscheidung der vom durchdrehenden Verschließkopf (5) behandelten Behälters und/oder eine Identifizierung des durchdrehenden Verschließkopfs (5) auslöst.