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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verschließelement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Verschließmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 10.
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Verschließelemente zum Verschließen von Flaschen oder dergleichen Behältern, insbesondere mit Behälterverschlüssen in Form von Schraubverschlüssen sind bekannt. Grundsätzlich bestehen derartige Verschließelemente aus jeweils einem Verschließkopf oder Verschließkonus zur Aufnahme des jeweiligen Behälterverschlusses, der mit dem Verschließkopf auf dem jeweiligen Behälter in einer Zustellbewegung oder in einem Zustellhub im Bereich seiner Behältermündung aufgesetzt (Fügen) und dann unter Anpressen gegen den Behälter auf diesen durch An- oder Aufschrauben fixiert wird. Der Verschließkopf ist hierfür in einer vertikalen Verschließelementachse mit einer Hubbewegung in einem Füge- oder Zustellhub (Spindelhub) axial zwischen einer angehobenen und einer abgesenkten Position bewegbar sowie um die Verschließelementachse (VA) zum Fixieren bzw. Festschrauben des Behälterverschlusses am Behälter drehbar (Dreh- oder Schraubbewegung). Das Verschließen umfasst somit das Zustellen oder Fügen und das anschließende Fixieren des Behälterverschlusses, z. B. durch An- oder Aufschrauben an oder auf den Behälter.
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Bei bekannten Verschließelementen oder Verschließmaschinen ist für die Dreh- und Schraubbewegung jeweils ein motorischer Antrieb (elektrischer Spindelantrieb) vorgesehen, während der Zustellhub üblicherweise durch Hubkurven erzeugt wird. Nachteilig ist hierbei auch, dass zur Anpassung des Zustell- und Anpresshubes bzw. der Hubbewegung an unterschiedliche Behälterverschlüsse bzw. Höhe von Behälterverschlüssen die Hubkurven ausgetauscht werden müssen. Nachteilig ist weiterhin, dass vielfach für den Zustellhub auch die den Verschließkopf tragende Welle oder Spindel mit bewegt werden muss und dass bekannte Verschließelemente eine Vielzahl von beweglichen Teilen, Führungen, Lager, eventuell auch Zahnräder usw. aufweisen, die u. a. schwer zugängliche Bereiche, wie Ecken, Spalten usw. mit der Gefahr einer Verkeimung bilden und sich funktionsbedingt in einem Raum befinden, in dem die Verschließpositionen und damit auch die anfänglich noch offenen Behälter angeordnet sind. Hierdurch besteht ein hohes mikrobiologisches Risiko für die gerade befüllten und noch offenen Behälter.
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Nachteilig ist bei den bekannten Verschließelementen oder Verschließmaschinen weiterhin, dass sich diese noch sehr beschränkt für die Anwendung in Steril-, Rein- oder Ultraclean-Räumen eignen. Diese nur eingeschränkte Nutzbarkeit resultiert daraus, dass diese bekannten Elemente stets eine Kombination einer Rotationsbewegung mit einer axialen Bewegung aufweisen, wobei durch die axiale Bewegung stets Verschmutzungen und/oder Keime aus der Umgebung in den Raum mit besonderen Reinheitsanforderungen eingetragen werden können, wodurch letztlich eine Kontamination der abgefüllten Produkte nicht völlig ausgeschlossen werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verschließelement aufzuzeigen, welches sich durch eine vereinfachte und kompakte Bauweise aufweist und bei welchem das oben beschriebene Kontaminationsrisiko zumindest erheblich vermindert ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verschließelement entsprechend dem Patenanspruch 1 ausgebildet. Eine Verschließmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 10.
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Das erfindungsgemäße Verschließelement zeichnet sich u. a. dadurch aus, dass nicht nur für das Fixieren bzw. Aufschrauben des jeweiligen Verschlusses auf den Behälter, d. h. zur Erzeugung der hierfür erforderlichen Dreh- und Schraubbewegung, sondern auch für die vertikale Hubbewegung (Spindelhub) ein für jedes Verschließelement einer Verschließmaschine eingeständiger Antrieb vorgesehen ist. Diese Antriebe sind weiterhin so ausgebildet, dass zumindest das Antriebsglied eines Antriebs und dabei vorzugsweise zumindest der Antrieb für die Dreh- und Schraubbewegung in Bezug auf die Verschließelementachse beim Verschließen, d. h. beim Fügen und Fixieren des Behälterverschlusses keine axiale Bewegung ausführt, sondern als durch seinen Antrieb drehbar angetriebene Spindel oder Welle ausgebildet ist. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Antriebe außerhalb bzw. oberhalb des Raumes anzuordnen, in dem sich die Verschließköpfe und Behälter bewegen, und dabei eine vereinfachte wirksame Abdichtung für das axial nicht bewegte Antriebsglied am Durchtritt in diesen Raum vorzusehen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebsglied des Antriebs für die Hubbewegung und das Antriebsglied des Antriebs für die Dreh- und Schraubbewegung jeweils eine drehbar gelagerte, aber axial nicht bewegte Spindel oder Welle, wobei diese Wellen dann bevorzugt achsgleich miteinander angeordnet und hierfür zumindest eine Welle als Hohlwelle ausgebildet ist. Die Drehbewegung einer Welle wird dabei über ein Hub- oder Spindelgetriebe in die axiale Hubbewegung umgesetzt, die dann ebenso wie die Dreh- und Schraubbewegung durch eine entsprechende Ansteuerung der beiden Antriebe relativ zueinander erzeugt wird. Das Hub- oder Spindelgetriebe, welches sehr kompakt bzw. kleinvolumig und konstruktiv einfach ausgeführt werden kann, ist beispielsweise unmittelbar über dem Verschließkopf bzw. in dem Raum angeordnet, in dem sich auch die Behälter zumindest mit ihrer Behälteröffnung bewegen.
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Der Ausdruck „im Wesentlichen” bzw. „etwa” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/– 10%, bevorzugt um +/– 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 6, die jeweils in vereinfachter Darstellung und teilweise im Schnitt Verschließelemente gemäß der Erfindung in unterschiedlichen Ausführungen zusammen mit einem Behälter in Form einer Flasche zeigen, näher erläutert. In den 7 und 8 ist eine Variante des Verschließelementes dargestellt, bei welcher die Achse des Antriebes für die gesteuerte Hubbewegung nicht konzentrisch zur Achse des Antriebes zur gesteuerten Drehbewegung des Verschließkopf angeordnet ist, sondern parallel versetzt hierzu.
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Das in den 1–6 jeweils allgemein mit 1a, 1b, 1c, 1d, 1e bzw. 1f bezeichnete Verschließelemente ist jeweils Bestandteil einer Verschließmaschine 2 (Verschließer) umlaufender Bauart und ist zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Verschließelemente 1a–1f am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotors 3 vorgesehen. Jedes Verschließelement 1a–1f bildet am Umfang des Rotors 3 eine Verschließposition 4 zum Verschließen von Behältern 5 in Form von Flaschen mit jeweils einem kappenartigen Behälterverschluss 6, der als Schraubverschluss am Behälter durch Aufdrehen auf ein im Bereich der Behälteröffnung vorgesehenes Behältergewinde fixiert wird. Die Behälter 5 sind hierbei an einem Behälterträger 7 mit einem Behälter- oder Mündungsflansch hängend unter dem jeweiligen Verschließelement 1a–1f achsgleich mit einer vertikalen Verschließelementachse VA gehalten, wobei grundsätzlich die Behälter auch am Boden aufstehen können.
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Jedes Verschließelement 1a–1f ist mit einem Verschließkonus oder -kopf 8 ausgebildet. Bei umlaufendem Rotor 3 nimmt der Verschließkonus oder -kopf 8 an einer Verschlussaufgabeposition der Verschließmaschine 2 den jeweiligen Behälterverschluss 6 auf, sodass dieser dann in der nach unten hin offenen Ausnehmung des Verschließkopfes 8 in geeigneter Weise, beispielsweise durch Klemmsitz gehalten ist.
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Mit weiterer Rotation des Rotors 3 führt der Verschließkopf 8 eine Hubbewegung A aus, mit welcher der jeweilige Behälterverschluss 6 auf die Behälteröffnung des zu verschließenden Behälters 5 abgesenkt und anschließend mit der Drehbewegung B durch Drehen um die Verschließelementachse VA durch Aufschrauben auf dem Behälter 5 befestigt wird. Vorzugsweise erfolgt die Hubbewegung A derart, dass diese einen, bezogen auf die Verschließelementachse VA axialen Füge- oder Zustellhub darstellt.
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Anschließend gibt der Verschließkopf 8 den Behälterverschluss 6 durch einen axialen, nach oben gerichteten Rückhub wieder frei.
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Hierfür sind wenigstens zwei Bewegungen des Verschließkopf 8 erforderlich, nämlich die Hubbewegung A für den Zustellhub nach unten und Rückhub nach oben sowie die Drehbewegung B um die Verschließelementachse VA zum Aufschrauben des jeweiligen Behälterverschlusses 6 auf einen Behälter 5. Weiterhin ist es auch erforderlich, eventuell im Verschließkopf 8 verbliebene Behälterverschlüsse 6, d. h. solche Behälterverschlüsse 6, die nicht auf einen Behälter 5 aufgebracht wurden, vor der Aufnahme eines weiteren Behälterverschlusses 6 aus dem Verschließkopf 8 auszustoßen. Diese grundsätzlichen Merkmale sind allen Verschließelementen 1a–1f gemeinsam. Weiterhin ist es erforderlich, den jeweiligen Behälterverschluss 6 während des Aufschraubens auf das Behältergewinde gegen den Behälter 5 axial anzudrücken (Verschlussanpressdruck). Im Detail sind die Verschließelemente 1a–1f hierfür in der nachstehend beschriebenen Weise ausgeführt. Aus Gründen der vereinfachten Darstellung, ist in den 4 und 5 keine Anpressfeder für den Anpressdruck des Verschließerkopfes gezeigt.
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Verschließelement 1a
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Das in der 1 dargestellte Verschließelement 1a weist u. a. zwei konzentrisch bzw. achsgleich angeordnete Antriebe 10 und 11 auf, von denen der Antrieb 10 die gesteuerte Hubbewegung A in der Verschließelementachse VA und der Antrieb 11 die gesteuerte Drehbewegung B des Verschließkopf 8 um die Verschließelementachse VA bewirken. Beide Antriebe 10 und 11 befinden sich oberhalb der Oberseite des Rotors 3 und damit außerhalb des Raumes der Verschließposition 4, der (Raum) beispielsweise bei Füll- und Verschließanlagen zum aseptischen oder sterilen Füllen und Verschließen der Behälter 5 mit einem sterilen gas- und/oder dampfförmigen Medium, beispielsweise mit steriler Luft beaufschlagt ist und in dem sich die Behälter 5 zumindest mit ihren oberen die Behälteröffnungen aufweisenden Behälterabschnitten bewegen. Die Antriebe 10 und 11 sind fest mit dem Rotor 3 verbunden.
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Der Antrieb 10, der bei der dargestellten Ausführungsform oberhalb des Antriebes 11 vorgesehen und als Hubantrieb oder Hubelement ausgebildet ist, wirkt auf das obere Ende einer Führungseinrichtung 12 ein, die aus zwei parallel zur Verschließelementachse VA angeordneten und gegenüber dieser radial versetzten Führungsstangen 13 besteht, die in dem Rotor 3 in dortigen Führungen 14 axial verschiebbar geführt sind. An ihren oberen, über den Rotor 3 und den Antrieb 11 vorstehenden Enden sind die beiden Führungsstangen 13 durch eine Traverse 15 miteinander verbunden, auf die der Antrieb 10 einwirkt. An den unteren, über die Unterseite des Rotors 3 vorstehenden Enden sind die beiden Führungsstangen 13 durch eine Traverse 16 miteinander verbunden, in der eine Welle 17 um die Verschließelementachse VA drehbar gelagert ist. Am unteren, über die Unterseite der Traverse 16 vorstehenden Ende der Welle 17 ist der achsgleich mit dieser Welle und mit der Verschließelementachse VA angeordnete Verschließkopf 8 vorgesehen. Durch eine zwischen der Traverse 16 und der Oberseite des Verschließkopf 8 wirkende, die Welle 17 umschließende Druck- oder Anpressfeder 9 ist der Verschließkopf 8 zur Erzeugung des Verschlussanpressdruckes in eine untere Stellung vorgespannt.
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Der Antrieb 11 ist als Drehantrieb oder als elektrischer Dreh- oder Servo-Antrieb ausgebildet, und zwar mit einer Spindel oder Welle 18a, die achsgleich mit der Verschließelementachse VA angeordnet ist und durch eine Bohrung des Rotors 3 hindurchgeführt und z. B. im Gehäuse des Antriebs 11 drehbar gelagert ist, so dass die Welle 18a beim Verschließen, d. h. beim Fügen und Fixieren des Behälterverschlusses 5 bezogen auf die Verschließelementachse VA axial nicht bewegt wird.
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An ihrem unteren, dem Antrieb 11 entfernt liegenden Ende ist die Welle 18 als Hohlwelle ausgeführt, in deren Ausnehmung 19 die Welle 17 mit ihrem oberen Bereich hineinreicht, und zwar derart, dass die Welle 17 innerhalb der Ausnehmung 19 relativ zu der Welle 18a axial um den Zustell- und Rückhub der Hubbewegung A bewegbar ist. Durch mindestens einen Mitnehmer 21, der in einen Schlitz 20 der Welle 18a eingreift, ist die Welle 17 für die Drehbewegung B um die Verschließelementachse VA antriebsmäßig mit der Welle 18a verbunden. Der Durchtritt der Führungsstangen 13 durch den Rotor 3 ist mit jeweils einer nur schematisch angedeuteten Faltenbalgdichtung 22 oder einer geeigneten anderen Dichtung abgedichtet.
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Da die Welle 18a beim Verschließen, d. h. beim Fügen und Fixieren des Behälterverschlusses 5 keine axiale Bewegung durchführt, ist das Abdichten des Durchtritts dieser Welle durch den Rotor 3 mit relativ einfachen Dichtungen zuverlässig möglich, sodass insgesamt ein dichter Abschluss des sterilen Raums der Verschließpositionen 4 gegenüber der äußeren Umgebung oberhalb des Rotors 3 erreicht werden kann, und zwar bei außerhalb des sterilen Raumes angeordneten Antrieben 10 und 11.
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Verschließelemente 1b
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Die 2 zeigt ein Verschließelement 1b, welches wiederum den als Hubantrieb ausgebildeten Antrieb 10 und den als Drehantrieb bzw. als elektrischen Servo-Antrieb ausgebildeten Antrieb 11 aufweist Der Antrieb 10 wirkt bei dieser Ausführungsform auf das obere Ende einer achsgleich mit der Verschließelementachse VA angeordneten Hubstange 23 ein, die an ihrem über die Unterseite des Rotors 3 vorstehenden Bereich mit einem Bund 23.1 versehen ist, auf welchem sich ein Führungsstück 24 abstützt. Letzteres ist Teil einer achsgleich mit der Verschließelementachse VA angeordneten Hohlwelle 25, an deren unteren Ende der Verschließkopf 8 befestigt ist. Das Führungsstück 24 ist in Bezug auf die Verschließelementachse VA axial verschiebbar an Führungsstangen 26 geführt, die parallel zur Verschließelementachse VA angeordnet und gegenüber dieser radial versetzt sind. Die Führungsstangen 26 sind mit ihrem oberen Ende stirnseitig an der Welle 18b des Antriebs 11 befestigt, die als Hohlwelle ausgeführt ist. Mit ihren unteren Enden sind die Führungsstangen 26 über einen Ring 27 miteinander verbunden. Das Verschließelement 1b weist wiederum eine als Druckfeder ausgebildete und die Hubstange 23 umschließende Anpressfeder 9 für den Verschlussanpressdruck auf, die zwischen dem Führungsstück 24 und einem oberen an der Hubstange 23 oberhalb des Führungsstücks 24 ausgebildeten Bund 23.2 wirkt.
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Wie die 2 auch zeigt, bildet die Welle 18b den Rotor des Antriebes 11 und ist nicht nur im Gehäuse dieses Antriebs drehbar gelagert, sondern weist auch die mit einem äußeren Stator bzw. mit einer äußeren Statorwicklung 28 zusammenwirkenden Rotorelemente 29 auf, die beispielsweise von einer Rotorwicklung oder aber bevorzugt von mehreren Permanentmagneten gebildet sind. Mit dem Antrieb 10 ist über die Hubstange 23 die gesteuerte Hubbewegung A des Verschließkopfes 8 möglich. Über die Führungsstangen 26 und das an diesen Führungsstangen geführte Führungsstück 24 und die Hohlwelle 25 ist die Drehbewegung B des Verschließkopfes mit dem Antrieb 11 möglich. Wie die 2 weiterhin zeigt, steht die Hubstange 23 über den unteren Bund 23.1 mit einer Teillänge vor. Diese Teillänge ist so gewählt, dass das untere Ende der Hubstange 23 als Stößel 23.3 ausgeformt ist, welches bei angehobenem Verschließkopf 8 durch eine Öffnung 8.1 in diesen Verschließkopf 8 hineinreicht und dadurch einen eventuell im Verschließkopf verbliebenen Behälterverschluss 6 ausstößt. Auch bei dem Verschließelement 1b wird die Welle 18b des Antriebs 11 beim Verschließen, d. h. beim Fügen und Fixieren axial nicht bewegt.
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Verschließelement 1c
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Das in der 3 dargestellte Verschließelement 1c weist wiederum die beiden konzentrisch bzw. achsgleich angeordneten Antriebe 10 und 11 oberhalb der Oberseite des Rotors 3 auf, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform den Antrieb 10 oberhalb des Antriebs 11. Bei dieser Ausführungsform ist der Antrieb 10 ebenfalls als Drehantrieb ausgeführt, und zwar mit einer Spindel oder Welle 30c, die von der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 18c des Antriebs 11 umschlossen ist. Beide Wellen 18c und 30c sind achsgleich mit einander angeordnet. Die Welle 30c ist an ihrem unteren Ende als Gewindespindel mit einem Gewinde 31 ausgebildet, die in eine achsgleich mit der VA angeordnete Gewindehülse 32 eingreift. Auf der Gewindehülse 32 ist ein Ring 33 vorgesehen, an dessen Unterseite der Verschließkopf 8 befestigt ist. Das mit dem Innengewinde der Gewindehülse 32 zusammenwirkende Gewinde 31 bildet ein Hub- oder Spindelgetriebe 34, welches die Drehbewegung der Welle 30c in die Hubbewegung A umsetzt. Über Führungsstangen 35, die parallel zur Verschließelementachse VA angeordnet und gegenüber dieser radial versetzt sind und die über die den Verschließkopf 8 abgewandte Oberseite des Ringes 33 vorstehen, ist dieser Ring 33 bezogen auf die Verschließelementachse VA axial an dem unteren Ende der Welle 18c verschiebbar geführt. Weiterhin ist der Ring 33 auch um einen kleineren Hub in Richtung der Verschließelementachse VA relativ zur Gewindehülse 32 bewegbar, wobei diese Gewindehülse aber über Führungsstifte 35.1 gegen Verdrehen relativ zum Ring 33 gesichert ist. Diese Relativbewegung zwischen der Gewindehülse 32 und dem Ring 33 ermöglicht es der Anpressfeder 9 den beim Verschließen der Behälter 5 notwendigen Verschlussanpressdruck zu erzeugen. Die die Gewindehülse 32 umschließende und als Druckfeder ausgebildete Anpressfeder 9 wirkt hierfür zwischen einem Bund am oberen Ende der Gewindehülse 32 und der Oberseite des Ringes 33.
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Die Besonderheit des Verschließelementes 1c besteht darin, dass beide Antriebe 10 und 11 als Drehantriebe beispielsweise als elektrische Servo-Antriebe ausgebildet sind, dass auf den Wellen 18c und 30c, die jeweils im Gehäuse der Antriebe 10 und 11 gelagert sind, die den Rotor der Antriebe bildenden und mit der jeweiligen Statorwicklung 28 zusammenwirkenden Rotorelemente 29 (Rotorwicklung oder Permanentmagnete) vorgesehen sind. Beide Wellen 18c und 30c werden beim Verschließen, d. h. beim Fügen und Fixieren des Behälterverschlusses 5 axial nicht bewegt, wodurch sich das Abdichten eines die Verschließpositionen 4 bildenden sterilen Raumes gegenüber der Umgebung vereinfacht.
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Die Hubbewegung A sowie die Drehbewegung B wird durch Steuerung der Relativbewegung der beiden Antriebe 10 und 11 zueinander bzw. der Wellen 18c und 30 erreicht. Um die gewünschte Bewegung des Verschließkopfes 8 zu erzielen ist vorgesehen, die Antriebe 10 und 11 gleichzeitig so anzusteuern, dass sich deren Drehbewegungen und -verhalten zueinander einstellen. Dabei ist festzuhalten, dass unterschiedliche Drehverhalten der Antriebe 10 und 11 bei ihren Wellen 30c und 18c zwangsläufig zu einem Drehwinkelversatz zueinander führen. Dieser Versatz wird über die Steigung des Gewindes 31 in die Hubbewegung A umgesetzt.
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Hierbei ist es insbesondere auch möglich, den Ring 33 durch entsprechende Steuerung der Relativbewegungen der Antriebe 10 und 11 soweit anzuheben, dass das untere Ende der Welle 30c durch die Öffnung 8.1 in den Verschließkopf 8 eintritt, und zwar zum Ausstoßen eines eventuell dort verbliebenen Behälterverschlusses 6. Die Welle 30c ist bei 36 in der Welle 18c gelagert.
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Verschließelement 1d
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Die 4 zeigt als weitere Ausführungsform ein Verschließelement 1d, welches sich von dem Verschließelement 1c im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass das auf der Welle 30d des Antriebs 10 vorgesehene Gewinde 31 in ein Innengewinde eingreift, welches an einem an den Führungsstangen 35 axial geführten Ring 37 vorgesehen ist, sodass dieser Ring und das Gewinde 31 das Hub- oder Spindelgetriebe 34 bilden. Die Führungsstangen 35 sind mit ihren oberen Enden fest mit dem unteren Ende der wiederum als Hohlwelle ausgeführten Welle 18d des Antriebs 11 verbunden. Die Welle 18d umschließt die Welle 30d. Beide Wellen 18d und 30d sind achsgleich mit der Verschließelementachse VA angeordnet und werden beim Verschließen, d. h. beim Fügen und Fixieren des Behälterverschlusses 5 axial nicht bewegt. Die unteren Enden der Führungsstangen 35 sind über einen Ring 38 miteinander verbunden. Der Ring 37 ist Bestandteil einer Hohlwelle 39, die achsgleich mit der Verschließelementachse VA angeordnet an ihrem unteren Ende den Verschließkopf 8 trägt. Dieser führt durch gesteuertes Drehen der Wellen 18d und 30d relativ zu einander über das Hub- oder Spindelgetriebe 34 die Hubbewegung A sowie über die Führungsstangen 35 die Drehbewegung B aus. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Verschließkopf 8 mit der Hubbewegung A soweit anhebbar, dass das untere Ende der Welle 30d für das Ausstoßen eventuell verbliebener Behälterverschlüsse 6 durch die Öffnung 8.1 in den Verschließkopf 8 eintritt.
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Verschließelement 1e
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Die 5 zeigt als weitere Ausführungsform ein Verschließelement 1e, welches sich von dem Verschließelement 1d im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass der Verschließkopf 8 am unteren Ende einer Hohlwelle 40 vorgesehen ist, die mit einem oberen Abschnitt bezogen auf die Verschließelementachse VA axial bzw. teleskopartig in der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 18e des Antriebs 11 verschiebbar angeordnet ist. Die Welle 18e umschließt die Welle 30e. Beide Wellen 18e und 30e sind achsgleich mit der Verschließelementachse VA angeordnet und werden beim Verschließen, d. h. beim Fügen und Fixieren des Behälterverschlusses 5 axial nicht bewegt. Das Gewinde 31 der Welle 30 greift in ein Innengewinde ein, welches am oberen, in der Welle 18e aufgenommenen Ende der Hohlwelle 40 ausgebildet ist, sodass dieses Innengewinde zusammen mit dem Gewinde 31 das Hub- oder Spindelgetriebe 34 bilden. Die Welle 18e ist mit sich in Richtung der Verschließelementachse VA erstreckenden Schlitzen 41 versehen, in die Mitnehmer 42 der Hohlwelle 40 eingreifen, sodass diese zwar relativ zur Welle 18e axial verschiebbar ist, mit der Welle 18e aber mitgedreht wird. Die Hubbewegung A sowie die Drehbewegung B des Verschließkopfes 8 werden wiederum durch gesteuerte Relativbewegung der Antriebe 10 und 11 bzw. deren Wellen 18e und 30e erreicht.
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Verschließelement 1f
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Die 6 zeigt schließlich ein Verschließelement, welches sich von den Verschließelementen 1c–1e zunächst dadurch unterscheidet, dass bei dem Verschließelement 1f der Antrieb 11 oberhalb des Antriebes 10 vorgesehen ist und dass die als Hohlwelle ausgebildete Welle 30f des Antriebes 10 die Welle 18f des Antriebes 11 umschließt. Beide Antriebe 10 und 11 sowie deren Wellen 18f und 30f sind wiederum konzentrisch bzw. achsgleich mit der Verschließelementachse VA angeordnet und die Wellen 18f und 30f und werden beim Verschließen, d. h. beim Fügen und Fixieren des Behälterverschlusses 5 axial nicht bewegt.
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Die Welle 30f ist im Bereich ihres unteren Endes mit einem Innengewinde 43 versehen, in welches das Außengewinde eines Gewindestücks 44 eingreift, das zusammen mit dem Gewinde 43 das Hub- oder Spindelgetriebe 34 bildet. Über parallel zur Verschließelementachse VA angeordnete und gegenüber dieser Achse radial versetzte Führungsstifte 45, die in Führungsbohrungen 46 der Welle 18f eingreifen, ist das Gewindestück 44 bezogen auf die Verschließelementachse VA axial verschiebbar, aber antriebsmäßig (rotativ) mit der Welle 18f verbunden.
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Die Führungsstifte 45 sind mit ihren unteren, über das Gewindestück 44 nach unten wegstehenden Enden mit dem Verschließkopf 8 verbunden, sodass auch dieser für die Dreh- und Schraubbewegung B mit der Welle 18f mitgedreht wird. Auf jedem Führungsstift 45 ist eine diesen Stift umschließende und sich am Verschließkopf 8 sowie am Gewindestück 44 abstützende Anpressfeder 9 für den Verschlussanpressdruck vorgesehen. Wie 6 zeigt, sind beide Wellen 18f und 30f wiederum Teil des Rotors der Antriebe 10 und 11, d. h. diese Wellen tragen die mit der Statorwicklung 28 zusammenwirkenden rotorseitigen Rotorelemente 29.
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Mit 47 ist ein Stößel bezeichnet, der achsgleich mit der Verschließelementachse VA axial nicht verschiebbar angeordnet und von der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 18f umschlossen ist. In der angehobenen Position des Verschließkopfes 8 dient dieser Stößel 47 wiederum zum Ausstoßen von eventuell im Verschließkopf 8 verbliebenen Behälterverschlüssen 6.
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Allen vorbeschriebenen Ausführungsformen ist u. a. gemeinsam, dass zumindest die Welle 18a–18f für die Drehbewegung B, aber bei den Verschließelementen 11c–1f auch die Wellen 30c–30f für die Hubbewegung A des jeweiligen Verschließkopf 8 drehbar, aber axial nicht beweglich vorgesehen sind, wodurch sich eine wirksame aber vereinfachte Abdichtung des Durchtritts der betreffenden Welle durch den Rotor 3 oder eine andere Trennwand bzw. in den die Verschließposition 4 aufweisenden Raum erreichen lässt, insbesondere die Verschließelemente 1c–1f sind damit solche ohne Hubbewegung und eignen sich in besonderem Maße als aseptische Verschließelemente;
dass die beiden Antriebe 10 und 11 achsgleich miteinander und auch achsgleich mit der Verschließelementachse VA angeordnet und fest mit dem Rotor 3 verbunden sind und damit beim Verschließen, d. h. beim Fügen und Fixieren der Behälterverschlüsse in der Verschließelementachse VA nicht bewegt werden; dass sich die Antriebe 10 und 11 außerhalb des die Verschließpositionen 4 aufweisenden Raumes befinden;
dass für die Hubbewegung A ein für jedes Verschließelement der Verschließmaschine eigenständiger Antrieb vorgesehen ist;
dass die als Wellen ausgebildeten Antriebsglieder des jeweiligen Drehantriebes, d. h. die Wellen 18a–18c sowie auch die Wellen 30c–30f unmittelbar, also ohne ein zwischen geschaltetes Getriebe, zugleich auch Teil des jeweiligen Rotors des elektromotorischen Antriebes sind. Somit sind die Wellen 18a bis 18f und 30c bis 30f direkt ohne Zwischenanpassungsglieder mit den Rotoren der jeweiligen Antriebe 10 oder 11 fest verbunden.
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In den 7 und 8 sind zwei Varianten des Verschließelementes dargestellt, bei welchen jeweils die Achse des Antriebes für die gesteuerte Hubbewegung nicht konzentrisch zur Achse des Antriebes zur gesteuerten Drehbewegung des Verschließkopf angeordnet ist, sondern hierzu parallel versetzt wurde, nämlich radial nach innen versetzt, wobei die Anordnung natürlich auch eine hierzu verschieden analoge Anordnung möglich ist, insb. eine umgekehrte Antriebsanordnung. Im Falle einer sehr kleinen, engen Bauform, könnten die Antriebe radial und in Umfangsrichtung versetzt angeordnet werden.
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Verschließelement 1g
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Die 7 zeigt ein Verschließelement 1g, welches vergleichbar dem Verschließelementes 1a eine Hubstange 48 aufweist, an deren unterem Ende ein in Richtung der Verschließerachse VA weisender Arm 49 angeordnet ist. Die Lagerung 50 am freien Ende des Armes 49 dient zur drehbaren Lagerung und Aufnahme der Führungsstangen 26, analog der vorgenannten Ausführungen, insbesondere der Verschließelemente 1a und 1b, so dass das Lager 50 die zur Traverse 16 bzw. dem Ring 27 analoge Funktion übernimmt. Die Hubstange 48 ist achsgleich mit der Hubantriebsachse HA des Antriebes 10 zum geregelten Heben und Senken des Verschließkopfes 8 und parallelversetzt zur Verschließelementachse VA angeordnet.
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In der gezeigten Ausführungsbeispiel ragen u. a. die Hubstange 48, der Arm 49 und die Lagerung 50 sowie die Welle 18 mit den Führungsstangen 26 in einen Isolatorraum 51, der durch eine feststehenden nicht rotierende Wand 51.1 und rotierenden Begrenzungen gebildet wird. Als untere, ebenfalls rotierende Begrenzung dient eine Diffusorplatte 52. Der obere Isolatorraum 51 weist einen oder mehrere Einlässe 54 auf, welche über einen gemeinsamen Kanal 53 oder eine Vielzahl von Zuleitungen (nicht dargestellt), mit einem Gas, i. d. R. steriler Luft, versorgt werden können. Der Verschließerkopf 8 bzw. die tragende Welle ist durch die Diffusorplatte 52 hindurch in den unteren Isolatorraum 51.2 geführt, so dass in dem Bereich des Behälterverschlusses 6 bzw. der Behältermündung (Isolatorraum 51.2) eine beruhigte Gasströmung ausbildbar ist.
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Die Hubstange 48 ist weiterhin mit einem Faltenbalg 55 abgedichtet und die Kopplung der Hubstange 48 mit der Hubstange 56 des Antriebes 10 erfolgt über eine Kopplungselement 57, welches mittels eines Federelementes 9 eine definierte Anpresskraft des Verschließkopfes 8 sicherstellt, analog der Funktion der Anpressfeder 9 des Verschließelementes 1b bspw.. Federelement 9 und Kopplungselement 57 sind in einem Raum 58 auf dem Rotor der Verschließmaschine 2 angeordnet, auf oder oberhalb von welchem der Antrieb 10 platziert ist. Der Raum 58 kann ebenfalls mit einem sterilen Gas oder eine Sterilisierungsmittel versorgt werden (nicht dargestellt).
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Der Isolatorraum 51 mit den entsprechenden Ein- und Auslässen, ist exemplarisch nur für das Verschließelement 1g dargestellt, kann aber in analoger Weise aus für die anderen Aufführungsformen der beschriebenen Verschließelemente vorteilhafterweise vorgesehen werden.
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Verschließelement 1h
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Die 8 zeigt ein Verschließelement 1h, welches sich von der Ausführung des Verschließelementes 1g im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass der Antrieb 10 eine Welle 59 aufweist, welche am unteren Ende einen Gewindeabschitt 59.1 umfasst. Der Arm 49 weist ein Gegengewinde 60 auf, in welchem der Gewindeabschnitt 59.1 aufgenommen und geführt wird. Je nach Drehrichtung, wird durch Drehung der Welle 59 wird ein Heben oder Senken der Lagerung 50 und hierdurch des Verschließkopfes 8 veranlasst.
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Eine zu einem der vorstehenden Ausführungsformen vergleichbare Kopplung und/oder Anpressfeder zur Festlegung und Begrenzung der Anpresskraft des Verschließerkopfes 8, ist nicht dargestellt, kann aber analog vorgesehen werden. Mittels eines gestrichelt dargestellten Faltenbalges 55 (optional) wird im gezeigten Ausführungsbeispiel die gesamte Welle 59 sowie ein Abschnitt des Armes 49 umschlossen. Wie vorstehend ausgeführt, kann zusätzlich ein Isolationsraum vorgesehen werden.
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Ein Vorteile dieser Ausführungen gemäß den 7 oder 8 gestehen darin, dass sich die Regelungstechnik vereinfacht, weil der externe Hubantrieb hinsichtlich seiner Drehbewegung unabhängig von der Drehbewegung der Verschließspindel wird, so dass sich eine regelungstechnische Vereinfachung für einen elektrisch nachgebildeten Hubkurvenablauf ergibt. Zudem können Motoren mit einer einfacheren Technik zum Einsatz kommen, im Vergleich zu Hohlwellenmotor, die im Falle der Ausführungen nach den 1 bis 6 als Verschließmotor vorzusehen sind.
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Die Erfindung wurde voranstehend für Rotationsmaschinen erwähnt und beschrieben, wobei diese aber prinzipiell ebenfalls in Linearmaschinen bzw. Reihenverschließern einsetzbar ist. Weiterhin gilt hinsichtlich der Ausführungsbeispiele, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1a–1f
- Verschließelement
- 2
- Verschließmaschine
- 3
- Rotor der Verschließmaschine
- 4
- Verschließposition
- 5
- Behälter
- 6
- Behälterverschluss
- 7
- Behälterträger
- 8
- Verschließkopf
- 8.1
- Öffnung
- 9
- Anpressfeder
- 10, 11
- Antrieb
- 12
- Führungselement
- 13
- Führungsstange
- 14
- Führung
- 15, 16
- Traverse
- 17, 18
- Welle
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Schlitz
- 21
- Mitnehmer
- 22
- Dichtung
- 23
- Hubstange
- 23.1, 23.2
- Bund der Hubstange 23
- 23.3
- Stößel der Hubstange 23
- 24
- Führungsstück
- 25
- Hohlwelle
- 26
- Führungsstange
- 27
- Ring
- 28
- Statorwicklung
- 29
- Motorelement
- 30c–30f
- Welle
- 31
- Gewinde
- 32
- Gewindehülse
- 33
- Ring
- 34
- Hub- oder Spindelgetriebe
- 35
- Führungsstange
- 35.1
- Führungsstift
- 36
- Lager
- 37, 38
- Ring
- 39, 40
- Hohlwelle
- 41
- Schlitz
- 42
- Mitnehmer
- 43
- Innengewinde
- 44
- Gewindestück
- 45
- Führungsstift
- 46
- Führungsbohrung
- 47
- Stößel
- 48
- Hubstange
- 49
- Arm
- 50
- Lagerung
- 51
- Isolatorraum (oberer)
- 51.1
- Wand des Isolatorraumes, feststehend
- 51.2
- Isolatorraum (unterer)
- 52
- Diffusorplatte
- 53
- Kanal
- 54
- Einlass
- 55
- Faltenbalg
- 56
- Hubstange
- 57
- Kopplungselement
- 58
- Raum
- 59
- Welle
- 59.1
- Gewindeabschnitt
- 60
- Gegengewinde
- A
- axiale Hubbewegung des Verschließkopfs
- B
- Dreh- und Schraubbewegung des Verschließkopfs 8
- VA
- Verschließelementachse
- MA
- Maschinenachse
- HA
- Antriebsachse für Hubbewegung
