-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufschrauben eines Schraubverschlusses auf den Gewindehals eines Behälters wie z. B. einer Flasche oder eines Flakons, verwendbar beispielsweise bei der Abfüllung von Getränken, Reinigungsmitteln, Kosmetika und Produkten zur Körperhygiene und -pflege, flüssigen oder pulverförmigen Nahrungsmitteln.
-
Stand der Technik
-
Es sind derzeit Verschlussmaschinen bekannt, die automatisch Schraubverschlüsse auf Flakons, Flaschen, Kanister, Fässer, Eimer und andere weiter zu verarbeitende Behälter aufsetzen können. Insbesondere sind Verschlusseinrichtungen bekannt, die automatisch sogenannte Abzugs- oder Triggerverschlüsse auf Kunststoffflaschen und -flakons aufschrauben können. Ein Beispiel eines bereits bekannten, mit einem Abzugsverschluss versehenen Flakons, der insgesamt mit der Kennziffer 1 bezeichnet wird, ist in 1 dargestellt: Die Kennbuchstaben C, TS und CN geben jeweils den zu verschließenden oder zu öffnenden Behälter, den Sprühkopf bzw. die tief reichende Kanüle an. Diese Art eines Flakons wird derzeit beispielsweise zum Abfüllen von Flüssigreinigungsmitteln zum Waschen von Fenstern oder zum Versprühen von Insektenvertilgungsmitteln oder Produkten zur Reinigung und Pflege von Kraftfahrzeugen verwandt. Der Verschluss ähnlicher Flakons mit Triggerverschluss mit automatischen Maschinen erfolgt derzeit wie folgt: Das Verschlussgerät muss den Kopf TS erfassen, die tief reichende Kanüle CN in den Hals 5 mit externem Gewinde des Behälters C einsetzen und die Gewindemutter 7 auf den Gewindehals aufschrauben. Die Kennziffer 9 gibt das Gewindeende 9 des Halses des Behälters C an, welches auch den Hals 5 formt. Wegen der komplexen Form des Abzugskopfs TS bringt das Erreichen hoher Produktionsfrequenzen beim Verschließen von Behältern für Flüssigkeiten mit Abzug mit automatischen Maschinen offensichtliche große technische Probleme mit sich. Eines dieser Probleme ist es, erfolgreich den Verschluss mit Gewindemutter 7 auf dem Gewindehals 5 des Behälters C aufzuschrauben. So machen es die Abmessungen des Abzugs 10 sehr schwer, die Mutter 7 mit mechanischen Zangen oder Spindeln zu erfassen; daher verwendet man derzeit oft statt mechanischer Zangen zum Ergreifen und Aufschrauben der Mutter 7 ein Paar Reibräder, Modulzahnräder aus Kunststoff- oder Eisenmaterial oder auch Systeme mit Riemen und Riemenscheiben. Bei diesen bereits bekannten Werden die Reibräder, die Modulzahnräder bzw. die Riemen gegen die Seiten der Mutter 7 gedrückt. Derartige Reibräder neigen jedoch dazu, die Mutter schnell durch bei der Betrachtung sehr unästhetische Abschürfungen und Kratzer zu beschädigen.
-
Weiter neigen die sehr ungenauen Toleranzen bei der Herstellung der größtenteils aus Kunststoff bestehenden unterschiedlichen Komponenten des Flakons 1 dazu, innerhalb einer Produktionscharge das Anzugsdrehmoment der Mutter 7 unbeständig werden zu lassen. In der Praxis unterliegt dieses Drehmoment zu großen Schwankungen, und es ist zu hoch, sodass der Behälter C während dieses Aufschraubens sichtbar um die eigene Achse verdreht wird und die vorstehend erwähnten Abschürfungen und Kratzer an der Mutter 7 entstehen.
-
Die bisherigen Schwierigkeiten beim Aufschrauben tragen spürbar zur Senkung der Produktionsfrequenz einer automatischen Abfüll- und Verschlusslinie bei: Als Richtwert gilt eine maximale Produktion eines Verschlusskopfs mit Reibrädern von derzeit circa 1500 Stück/h.
-
Der Autor dieser Erfindung hat weiter angemerkt, dass die derzeitigen Verschlussmaschinen nicht in der Lage sind, Schraubverschlüsse unter Kontrolle des Anzugsdrehmoments aufzuschrauben, und demzufolge auch nicht eine Qualitätskontrolle bei 100% der Produktion gewährleisten können.
-
Ein Ziel dieser Erfindung ist es, die vorstehend erwähnten Nachteile zu überwinden und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, um damit Schraubverschlüsse anzubringen, wobei das Erreichen von höheren Produktionstakten im Vergleich zu den bereits bekannten Einrichtungen und Verfahren ermöglicht wird und/oder eine genauere Kontrolle der Aufschraubqualität.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Dieses Ziel wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung mit einem Verfahren zum Aufschrauben eines Schraubverschlusses auf einen Gewindehals mit den Merkmalen nach Anspruch 1 erreicht.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird dieses Ziel mit einer Auf- bzw. Abschraubvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 9 erreicht.
-
Weitere Merkmale der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
-
Die mit dieser Erfindung erzielbaren Vorteile werden für Fachleute offensichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer besonderen Ausführungsform mit nicht eingrenzendem Charakter, die mit Bezug auf die folgenden schematischen Figuren dargestellt ist:
-
Verzeichnis der Figuren
-
1 zeigt eine Prospektivansicht eines Flakons mit einem Abzugssprühkopf, wobei Letzterer als solcher bereits bekannt ist;
-
2 zeigt eine Prospektivansicht einer Auf- bzw. Abschraubvorrichtung gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung;
-
3 und 4 zeigen eine erste bzw. eine zweite Prospektivansicht des Verschlusskopfes der Vorrichtung aus 2;
-
5 und 6 zeigen ein erstes bzw. ein zweites Funktionsschema der Auf- bzw. Abschraubspindel des Verschlusskopfes aus 3;
-
5A zeigt eine Seitenansicht mit einem Detail der Aufschraubspindel des Verschlusskopfes aus 3;
-
7A, 7C zeigen zwei Ansichten mit teilweisem Querschnitt entsprechend der Ebene VII-VII der Auf- bzw. Abschraubspindel der Vorrichtung aus 2, in Höhe eines Winkelabschnitts mit durch den Flakon aus 1 definierter Öffnung, unmittelbar nachdem die Vorrichtung aus 2 dort das Aufschrauben des entsprechenden Abzugskopfs abgeschlossen hat;
-
7B zeigt eine Ansicht mit teilweisem Querschnitt entsprechend der Ebene VII-VII der Auf- bzw. Abschraubspindel der Vorrichtung aus 2, außerhalb eines Winkelabschnitts mit durch den Flakon aus 1 definierter Öffnung, unmittelbar nachdem die Vorrichtung aus 2 dort das Aufschrauben des entsprechenden Abzugskopfs abgeschlossen hat.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Die 2–7C beziehen sich auf eine Verschlussvorrichtung gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, die insgesamt mit der Kennziffer 30 bezeichnet ist und Folgendes aufweist:
- – eine Auf- bzw. Abschraubspindel 34, eingerichtet zum Erfassen und Aufsetzen von Gewindeverschlüssen T auf Flakons, Flaschen, Kanister oder andere zu verarbeitende Behälter C oder zum Entfernen der Verschlüsse T von diesen Behältern C und zur Fortbewegung von diesen mit einem Verfahrweg oder Drehbewegungspfad (3, 4, 6);
- – ein System zur Bewegung von Behältern 36, eingerichtet zum Bewegen einer Vielzahl von zu verarbeitenden Behältern C, wobei diese in eine entsprechende vorbestimmte Verschluss- bzw. Öffnungsposition gebracht werden, in welcher die Auf- bzw. Abschraubspindel 34 einen Verschluss T auf einen Behälter C aufsetzen bzw. ihn vom Behälter C entfernen kann, und wobei die zu verarbeitenden Behälter C aus der Verschlussposition fortbewegt werden;
einen Tragerahmen 32, an dem die Auf- bzw. Abschraubspindel 34 und das System zur Bewegung von Behältern 36 befestigt sind.
-
Der Tragerahmen 32 ist vorzugsweise aus Metall- und/oder Kunststoffmaterialien ausgeführt und kann eingerichtet sein, um auf dem Boden der Betriebsstätte abgestützt zu sein, in welcher die Verschlussvorrichtung 30 betrieben werden soll.
-
Die Gewindeverschlüsse T können beispielsweise Sprühköpfe TS mit Abzug des Typs aus 1 aufweisen bzw. Teil davon sein und beispielsweise die Mutter 7 des Abzugskopfs bilden oder auch Spender (auch als Dispenser bezeichnet) aufweisen bzw. Teil davon sein, und zwar vom beispielsweise für Flakons für Handwasch-Flüssigseife verwendeten Typ.
-
Jeder zu verarbeitende Behälter ist mit einem koaxialen Gewindehals 5 an einer vorbestimmten Aufschraubachse AV (1) versehen; die Kennziffer 9 gibt die mit Gewinde versehene Außenwand der Seiten des Halses 5 an.
-
Das System zur Bewegung von Behältern 36 kann beispielsweise ein Drehkarussell um eine vorzugsweise vertikale vorbestimmte Achse der Karusselldrehung aufweisen, sodass die Behälter C längs eines kreis- oder kreisbogenförmigen Wegs bewegt werden (2), oder auch eine kontinuierliche Transporteinrichtung beispielsweise mit Kette oder Band.
-
Entsprechend der Ausführungsform der 2–7C kann die vorbestimmte Verschluss- oder Öffnungsposition die Schnittstelle des Wegs, an dem entlang das Bewegungssystem 36 die Behälter C transportiert, mit dem – vorzugsweise geradlinigen und im Wesentlichen senkrechten (Pfeil F3 in 3) – Weg der Auf- bzw. Abschraubspindel 34 sein.
-
Die Spindel 34 ist vorzugsweise mit mechanischen Fingern 44 versehen, die eingerichtet sind, um die Mutter 7 oder einen Typ eines Verschlusses T, der auf den Behälter C aufgeschraubt oder von diesem abgeschraubt werden soll, zu ergreifen (3–5). Auf vorteilhafte Weise sind die mechanischen Finger 44 zwei. Die mechanischen Finger 44 können beispielsweise aus geeigneten Legierungen aus Aluminium oder Titan sein.
-
Zum Aufschrauben besonderer Verschlusstypen, wie z. B. des Abzugskopfs TS oder anderer Verschlüsse ohne axiale oder radiale Symmetrie in Bezug auf die Aufschraubachse AV, weist die Verschlussvorrichtung 30 vorzugsweise ein geeignetes Winkelpositioniersystem 56 auf, das den Verschluss während des Aufschraubens in einer präzisen und genau definierten Winkelposition bezüglich der Aufschraubachse AV hält (5A).
-
Vorzugsweise weist dieses Winkelpositioniersystem einen mechanischen Anschlag 58 auf – beispielsweise in Form eines Stifts oder Fingers – der auf der Spindel 34 angebracht ist und deren Anhebe- und Absenkbewegungen folgen kann.
-
Die Verschlussvorrichtung 30 kann Folgendes aufweisen:
- – einen ersten Motor 43, der eingerichtet ist, um die Spindel 34 um sich selbst drehen zu lassen, während diese die Verschlüsse T, TS auf- bzw. abschraubt; und
- – einen zweiten Motor 66, der eingerichtet ist, um die mechanischen Finger 44 zu öffnen oder zu schließen, um die Verschlüsse T oder TS zu ergreifen und auf- bzw. abzuschrauben.
-
Vorzugsweise sind der erste Motor 43 und der zweite Motor 66 elektrische Servomotoren, und weiter bevorzugt sind es bürstenlose Motoren.
-
Elektrische Servomotoren und insbesondere bürstenlose Motoren in einer automatischen Vorrichtung wie der Verschluss- und Öffnungsvorrichtung 30 sind besonders vorteilhaft, weil sie – neben der Möglichkeit, die geforderten Verfahrwege sehr schnell und mit konstanteren und wiederholbaren Geschwindigkeiten auszuführen – im Unterschied zu pneumatischen Aktoren nicht nur On-Off- oder Ja-Nein-Bewegungen ausführen können, sondern auch Fahrbewegungen mit variabler Länge mit veränderlichen Geschwindigkeiten und genauerer Steuerung. Die Kennziffer 45 in 5 gibt ein geeignetes durch die Welle des Motors 43 angetriebenes Untersetzungsstück an.
-
Der erste Motor 43 kann die Hohlwelle 72 beispielsweise mittels eines vorzugsweise mit Zähnen versehenen Übertragungsriemens 74 antreiben.
-
Die Drehbewegungen der Spindel 34 und die Schließ- und Öffnungsbewegungen der mechanischen Finger 44 können über ein Übertragungssystem 68, das wiederum eine Hohlwelle 70 und ein Endlosschneckensystem 72 aufweist (5), auf die Spindel 34 übertragen werden; die Schraube 72 des Endlosschneckensystems ist vorzugsweise im Inneren der Hohlwelle 70 angeordnet. Die Spindel 34 ist am freien Ende der Hohlwelle 70 befestigt, die vom ersten Motor 43 in eine Drehbewegung um die eigene Achse versetzt werden kann. Der zweite Motor 66 kann die Schraube 72 des Endlosschneckensystems antreiben und sie um die eigene Achse rotieren und axial bezüglich der Hohlwelle 70 laufen lassen. Beispielsweise mittels eines geeigneten Nockensystems kann die Schraube 72 die Finger 44 öffnen und schließen.
-
Vorzugsweise können sich die Hohlwelle 70 und die Schraube 72 gemeinsam und in Längsrichtung um die eigene Achse bewegen, sodass die Spindel 34 angehoben und abgesenkt wird (Pfeil F3).
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Verschluss- bzw. Öffnungsvorrichtung 30 eingerichtet, um in die Anzahl Ns von Windungen jedes Gewindes des Gewindegangs des Schraubverschlusses und/oder des Gewindehalses 5 einzugreifen; weiter ist die Auf- bzw. Abschraubspindel 34 eingerichtet, um einen Schraubverschluss T zu erfassen und auf den Gewindehals 5 eines Flakons, einer Flasche oder eines anderen zu verarbeitenden Behälters C aufzuschrauben, oder um den Verschluss T von diesem Behälter C zu entfernen, wobei der Schraubverschluss T um die eigene Achse und mit einer Anzahl von Umdrehungen, die (Ns + Ks) nicht übersteigt, um die vorbestimmte Aufschraubachse AV gedreht wird, wenn sich der zu verarbeitende Behälter (C) in der vorbestimmten Verschluss- bzw. Öffnungsposition befindet, wobei Ks eine Anzahl von Sicherheitsumdrehungen zwischen 1 und 2 Umdrehung(en) ist.
-
Die Anzahlen der Umdrehungen Ns und Ks sind nicht notwendigerweise ganzzahlige Umdrehungen, und es können beispielsweise auch Bruchzahlen oder irrationale Zahlen sein. Die Zahl Ns gibt die Anzahl von Windungen oder Umdrehungen an, die jedes Gewinde des Gewindegangs des Verschlusses T oder des entsprechenden Gewindehalses 5 vom Anfang bis zum Ende des jeweiligen Gewindes um die Aufschraubachse AV beschreibt.
-
Häufig, wie z. B. bei Verschlüssen für Getränke, Reinigungsmittel und Haushaltsprodukte, entspricht die Zahl Ns etwa 0,75–1,5 Umdrehungen; bei anderen Verschlüssen entspricht Ns oft ungefähr circa 3 Umdrehungen.
-
Vorzugsweise ist Ks = 1, sodass die überschüssige Drehung, die das vollständige Aufschrauben eines Gewindeverschlusses aus einer unbekannten oder zufälligen Winkelposition dieses Verschlusses auf ein Minimum reduziert wird. Der Umstand, dass die Winkelposition des Gewindeverschlusses unbekannt oder zufällig ist, kann beispielsweise eintreten, wenn jeder Verschluss T von der Spindel 34 mit einer jedes Mal zwischen zwei Verschlüssen unterschiedlichen, zufälligen und unbestimmten Ausrichtung entnommen wird, die auch nicht beispielsweise mittels besonderer Ausrichtungs- oder Winkelbezugssysteme wiederholbar gemacht wird.
-
Vorzugsweise ist die Auf- bzw. Abschraubspindel 34 eingerichtet, um den Verschluss T aufzuschrauben, wobei er mit einer Anzahl von Umdrehungen zwischen Ns und (Ns + Ks) um die eigene Achse und um die vorbestimmte Aufschraubachse AV rotiert wird.
-
Die Verschluss- bzw. Öffnungsvorrichtung 30 weist vorzugsweise eine Logikeinheit 38 auf, beispielsweise einen programmierbaren Mikroprozessor, die eingerichtet ist, um die Zahl Ns von Windungen der Gewindekupplung Verschluss/Hals einzunehmen, wobei das Eindrehen beispielsweise über eine Tastatur oder eine andere Eingangs/Ausgangs-Peripherieeinrichtung erfolgt, oder über eine telematische Verbindung – z. B. Internet oder Intranet – oder durch die Bestimmung mittels geeigneter selbstlernender Algorithmen nach einer bestimmten Zahl von Testzyklen des Auf- bzw. Abschraubens. Weiter steuert die Logikeinheit 38 vorzugsweise die Bewegungen der Spindel 34 und des Systems zur Bewegung von Behältern 36 und koordiniert diese untereinander.
-
Die Logikeinheit 38 ist programmiert oder auf sonstige Weise eingerichtet, um das Eintreten der folgenden Bedingung c. 1) und von mindestens einer der Bedingungen c. 2) und c. 3) zu überwachen:
- c. 1) Ab der Eingriffsposition wurde der Verschluss (T) auf den Gewindehals 5 aufgeschraubt, wobei eine Anzahl von Umdrehungen ausgeführt wurde, die gleich oder größer als (Ns + Ks) ist, wobei Ks zwischen einer und zwei Umdrehung(en) liegt;
- c. 2) das Abtriebsmoment, das sich der Rotation der Aufschraubspindel 34 und des Verschlusses (T) widersetzt, erreicht oder überschreitet eine vorbestimmte Grenzlast;
- c. 3) die Rotation der Spindel wird durch einen Elektromotor (43) bewirkt, und die Stromaufnahme dieses Elektromotors (43) erreicht oder übersteigt einen vorbestimmten Grenzwert der Stromaufnahme.
-
Die Logikeinheit 38 ist weiter programmiert oder auf sonstige Weise eingerichtet, um das Aufschrauben des Verschlusses (T) auf den Gewindehals zu unterbrechen, sobald eine der Bedingungen c. 1), c. 2) oder c. 3) erreicht wird.
-
Um die vorstehenden Rotationen zu steuern und die vorstehenden Prüfungen auszuführen, ist die Logikeinheit 38 in vorteilhafter Weise eingerichtet, um mindestens eine Winkelposition und vorzugsweise auch die Winkelgeschwindigkeit der Spindel 34 während ihrer Auf- bzw. Abschraubdrehungen zu erfassen und vorzugsweise zu steuern. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung 30 einen Encoder oder entsprechende Wandler aufweisen, um die Winkelposition und/oder die Winkelgeschwindigkeit z. B. der Hohlwelle 70 oder des Rotors des Motors 43 zu erfassen. Die Spindel 34 und gegebenenfalls die Hohlwelle 70, die Vorrichtung mit Endlosschnecke 72, der erste Motor 43 und der zweite Motor 66 können Teil eines Verschlusskopfs 40 sein, der in Bezug auf den tragenden Rahmen 32 insgesamt zusammenhängend verbunden ist.
-
Der Verschlusskopf 40 kann ein sogenanntes Entnahme- und Positioniersystem 42 aufweisen, um die Verschlüsse T oder TS von einem Verschlusskorridor 76 in eine vorbestimmte Entnahmeposition zu übertragen (4, 6). Das Entnahme- und Positioniersystem 42 kann beispielsweise einen linearen Aktor 46 und eine mechanische Zange 48 aufweisen. Der lineare Aktor 46 kann ein geradliniges Verfahren (Pfeil F4) zu einer ersten mechanischen Zange 48 bewirken, die eingerichtet ist, um die Sprühköpfe TS oder andere zu verarbeitende Verschlüsse umkehrbar zu ergreifen. Der lineare Aktor 46 kann auf vorteilhafte Weise einen linearen elektrischen Induktionsmotor aufweisen, der das Erreichen besonders hoher Betriebstakte unterstützt. Auf vorteilhafte Weise werden die Motoren 43, 66 und allgemein die anderen Motoren und Antriebe der Verschluss- bzw. Öffnungsvorrichtung 30 bei der Ausführung des im Folgenden beschriebenen Auf- bzw. Abschraubvorgangs bezüglich der Position und eventuell auch der Geschwindigkeit gesteuert, sodass das Erreichen von Betriebstakten ermöglicht wird, die im Vergleich zur Nichtregelung von Strom, Kräften und Antriebsmomenten der verschiedenen Motoren und Aktoren höher sind.
-
Im Folgenden wird ein Beispiel der Funktionsweise der Verschluss- bzw. Öffnungsvorrichtung 30 beschrieben.
-
Eine Vielzahl von Abzugsverschlüssen TS und eine Vielzahl von zu verschließenden Behältern C erreichen die Verschlussstation 30 über einen druckluftbetriebenen Zufuhrkorridor 76 bzw. eine weitere, nicht dargestellte Zufuhr. Das Pick-and-Place-System 48 entnimmt die Abzugsköpfe TS vom Verschlusskorridor 76 und bringt sie in die vorstehend erwähnte vorbestimmte Entnahmeposition. Gleichzeitig überträgt ein eine geeignete Beschickungseinrichtung sequenziell die zu verschließenden Flakons oder anderen Behälter C von der nicht dargestellten Zuführung zum Karussell 36, das bei seiner Rotation die Behälter C in Höhe der Verschlussposition bringt. In der Verschlussposition ist die Achse des Gewindehalses 5 koaxial zur Rotationsachse der Spindel 34. Wenn ein Behälter C die Verschlussposition erreicht hat, senkt sich die Spindel 34 ab, ergreift mit den mechanischen Fingern 44 den Verschluss TS, den ihr die Zange 48 des Pick-and-Place-Systems in der Entnahmeposition vorhält, und fährt fort bis zum Aufsetzen des Verschlusses TS – insbesondere deren Mutterabschnitts 7 – auf den Gewindehals 5 des Behälters C. Die Finger 44 führen eine Vorrotation aus, sodass der Körper 3 des Sprühkopfs TS um die Aufschraubachse AV rotiert und gegen den mechanischen Anschlag 58 gestellt wird, wobei er die gewünschte Winkelposition erhält. Der Umstand, dass die Spindel 34 nur zwei mechanische Finger 44 erleichtert und ermöglicht die deutliche Beschleunigung der Übertragung des Verschlusses T, TS von der Zange 48 zur Spindel 34.
-
Als Aufsetzposition gilt die Position, in der es ausreichend ist, einen Verschluss T, TS um weniger als eine ganze Umdrehung um die eigene Achse zu rotieren, um den – normalerweise, aber nicht notwendigerweise, weiblichen – Gewindegang des Verschlusses T oder TS mit dem – normalerweise, aber nicht notwendigerweise, männlichen – Gewindegang des Halses 5 in Eingriff zu bringen. Die Verschlussvorrichtung 30 kann auf unterschiedliche Arten erkennen, wann ein Verschluss T, TS die Aufsetzposition erreicht, z. B. folgendermaßen:
- – über die Erfassung der vertikalen Position Z der Spindel 34 mittels eines Näherungssensors oder Endanschlags, eines Schalters, eines linearen Encoders oder eines anderen geeigneten Positionsgebers; und/oder
- – über die Ermittlung der Kraft, mit der die Spindel 34 und der Verschluss TS gegen den Hals 5 drücken.
-
Ausgehend von der Aufsetzposition ist die Logikeinheit 38 oder allgemein die Vorrichtung 30 programmiert oder auf sonstige Weise eingerichtet, um die Betätigung der Spindel 38 [sic] zu steuern, sodass der Verschluss T oder TS auf den Behälter C aufgeschraubt wird, wobei eine Anzahl Umdrehungen um die Aufschraubachse AV ausgeführt, die sich so weit wie möglich an die Zielvorgabe von (Ns + Ks) Umdrehungen ab der Aufsetzposition annähert, ohne jedoch, sofern möglich, dieses Ziel zu überschreiten. Durch die kontinuierliche Erfassung der Winkelposition der Spindel 34 über den erwähnten Encoder oder sonstigen Winkelpositionsgeber kann die Logikeinheit 38 die geforderte Anzahl an Rotationen mit großer Geschwindigkeit und Präzision ausführen. Wenn der Gewindegang der Mutter 7 oder eines anderen Verschlusses T korrekt auf dem Hals 5 aufgesetzt ist, wird die Mutter 7 bzw. der Verschluss T daher aufgeschraubt, wobei mindestens Ns Umdrehungen um die Achse AV ausgeführt werden, und anschließend weiter rotiert. Wenn in der Aufsetzposition das Ende der Windungen der männlichen und weiblichen Gewindegänge des Verschlusses T/der Mutter 7 und des Halses 5 im Wesentlichen übereinstimmen, ist die Gewindekupplung nach der Ausführung von circa Ns Umdrehungen vollständig aufgeschraubt, und die Logikeinheit 38 erfasst entweder einen plötzlichen Anstieg des Abtriebsmoments an der Spindel 34 oder einen entsprechenden plötzlichen Anstieg der Stromaufnahme des Motors 43 [am] Verschluss T bzw. [an] der Mutter 7. Wenn das Abtriebsmoment oder der Strom den vorbestimmten Grenzwert erreichen, unterbricht die Logikeinheit 38 die Rotation des Motors 43 bzw. jedenfalls der Spindel 34; anschließend wird die Öffnung der mechanischen Finger 44 veranlasst, und die Spindel 34 wird vom Verschluss T bzw. von der Mutter 7 fortbewegt, beispielsweise über die vertikale Anhebung der Spindel (Pfeil F3).
-
Die Überprüfung der Bedingung c. 1) gewährleistet den Abschluss des Aufschraubens eines Verschlusses T oder einer Mutter 9 [sic], auch wenn ihre Winkelpositionen bzw. die Winkelposition des Halses in Bezug auf die Aufschraubachse AV zufällig und unbekannt waren – z. B., weil sie nicht von der Logikeinheit 38 erfasst worden sind – als der Verschluss T bzw. die Mutter 7 gerade zuvor und vor Beginn des eigentlichen Aufschraubens aufgesetzt worden war, wobei die Motoren 43, 66 und die anderen Aktoren mit einer Kontrolle von Position und eventuell Geschwindigkeit und somit schneller als bei einer Kontrolle von Strom, Drehmomenten und Kräften gesteuert werden. Die Überprüfung der Bedingungen c. 2) und c. 3) trägt einerseits zur weiteren Beschleunigung des Auf- bzw. Abschraubzyklus bei und bestimmt andererseits mit größerer Präzision und Wiederholbarkeit das Drehmoment, mit dem der Verschluss T oder die Mutter 7 und der Gewindehals 5 verschraubt werden: So wird über die Begrenzung der Stromaufnahme des Aufschraubmotors 43 indirekt, aber wirksam das Anzugsdrehmoment begrenzt, obwohl letzteres häufig – z. B. beim Verschließen von Getränkeflaschen, Reinigungsmittelflakons oder Körperpflegeprodukten – ungefähr circa 2–3 Nm entspricht.
-
Auf vorteilhafte Weise öffnet die Vorrichtung 30, nachdem eine der Bedingungen c. 1). c. 2) oder c. 3) eingetreten ist, die mechanischen Finger, sodass sie den Verschluss T auch nur wenige Millimeter freigeben bzw. den ausgeübten Griff lockern; anschließend wird bewertet, ob die Winkelposition der Spindel 34 zum Zweck des Aufschraubens in einen oder mehrere Winkelbereiche Sv mit bedingter Öffnung fällt, d. h. in Abschnitte, in deren Bereich die mechanischen Finger 44 möglicherweise nicht vollständig geöffnet werden können, ohne den Abzug 10 oder andere Teile des Verschlusses T, TS zu beeinträchtigen.
-
Bei positivem Ergebnis (7A, 7C) dreht die Logikeinheit 38 bzw. die Vorrichtung 30 die Aufschraubspindel 34 und bringt sie in eine Winkelposition, in der die sich weiter öffnenden mechanischen Finger 44 zumindest die Abmessungen des Verschlusses T und/oder des Behälters C nicht beeinträchtigen und beispielsweise geöffnet werden können, ohne den Abzug 10 zu beeinträchtigen. Diese Rotation wird üblicherweise als „Freigaberotation” bezeichnet. Anschließend öffnet die Vorrichtung 30 die mechanischen Finger 44 weiter und entfernt die Spindel 34 vom Verschluss T.
-
Wenn bei Abschluss des Aufschraubens die Winkelposition der Spindel 34 nicht in einen der Winkelabschnitte Sv mit bedingter Öffnung fällt, wie beispielsweise in 7B dargestellt, ist es selbstverständlich nicht erforderlich, die Freigaberotation vor Abschluss der Öffnung der Finger 44 auszuführen, und die mittlere Zykluszeit des Verschließens lässt sich somit weiter verkürzen.
-
Da die Logikeinheit 38 – z. B. mittels des Winkelpositioniersystems 56 – die Winkelposition des Körpers 3 des Sprühkopfs TS während des Verschließens oder jedenfalls bei dessen Abschluss erfasst hat, kann die Logikeinheit 38 die zweckmäßigste Drehrichtung wählen, um die Freigaberotation auszuführen, wobei beispielsweise die Richtung gewählt wird, die eine Freigaberotation mit geringerem Umfang erfordert, d. h., eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn (Pfeil F1) ausgehend beispielsweise von der Position in 7C.
-
Indem die mechanischen Finger 44 in zwei Schritten geöffnet werden – vor und nach der Freigaberotation – wird verhindert, dass die Finger 44 unnötig die Flanken des Verschlusses T oder der Mutter 7 beschädigen und Abschürfungen oder Kratzer verursachen. Der Umstand, dass die Motoren 43, 66 und allgemein die Aktoren der Verschluss- bzw. Öffnungsvorrichtung 30 elektrische bzw. bürstenlose Servomotoren sind, ermöglicht die Ausführung der Bewegungen in Zusammenhang mit der Freigaberotation, der progressiven Öffnung und der Breite der Öffnungswege der mechanischen Finger 44 vor und nach dieser Rotation mit beachtlicher Geschwindigkeit und Präzision, und zwar bei relativ geringen Investitionen.
-
Durch die vorstehenden Lehren ist es möglich, mit einer automatischen Maschine einen Verschluss T oder eine Mutter 7 mit beachtlicher Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit vollständig aufzuschrauben, und es wurde beispielsweise möglich, den Produktionstakt einer Verschlussmaschine mit nur einem Verschlusskopf 40 von circa 1800 Stück/h auf 2500 Stück/h zu bringen.
-
Diese Einsparungen bei der Zykluszeit sind insbesondere auffällig, wenn man berücksichtigt, dass, während die Spindel 34 den Verschluss T oder die Mutter 7 ergreift und aufschraubt, viele andere Aktoren der Maschine 30 nur inaktiv verbleiben können, um den Abschluss des Aufschraubens abzuwarten. Diese Einsparungen werden bei Verschlussmaschinen, die mehrere Verschlussköpfe aufweisen, wie z. B. mehrere rotierende Verschlussköpfe, die parallel betrieben werden können und die bewegten Behälter auf einem einzelnen Drehkarussell verschließen, noch wichtiger und auffälliger.
-
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können unterschiedlichen Abänderungen und Variationen unterliegen, ohne jedoch dadurch vom Schutzumfang dieser Erfindung abzuweichen. In der vorstehenden Beschreibung wurde beispielsweise die Verschlussvorrichtung 30 als strukturell unabhängige und leicht von den ihr vor- und nachgeschalteten Arbeitsstationen trennbar beschrieben und dargestellt; bei anderen Ausführungsformen kann sie jedoch auch als Abschnitt einer einheitlichen Vorrichtung ausgeführt sein, die z. B. Flaschen oder andere Behälter C abfüllt und dabei den gleichen tragenden Rahmen mit dem Rest der Abfüllvorrichtung nutzt.
-
Auch wenn die weiter oben beschriebene Verschluss- bzw. Öffnungsvorrichtung 30 einen einzelnen Verschlusskopf 40 aufweist, kann eine erfindungsgemäße Verschluss- bzw. Öffnungsvorrichtung auch mehrere Verschlussköpfe aufweisen, von denen beispielsweise jeder eine dazugehörige Spindel aufweist, und wobei alle Köpfe zum Verschließen bzw. Öffnen von Behältern C bestimmt sind, die durch ein einzelnes Karussell oder sonstiges Bewegungssystem 36 bewegt werden.
-
[sic] Weiter sind sämtliche Details durch technisch gleichwertige Lösungen ersetzbar. Beispielsweise können die verwendeten Materialien sowie die Abmessungen je nach den technischen Anforderungen beliebig sein. Es soll gelten, dass ein Ausdruck der Art „A umfasst B, C, D” oder „A ist gebildet aus B, C, D” auch den Sonderfall umfasst und beschreibt, bei dem „A besteht aus B, C, D”. Die Beispiele und Aufstellungen möglicher Varianten dieses Antrags sollen als nicht umfassende Aufstellungen gelten.
