DE102016223046A1

DE102016223046A1 - Verfahren zum Aufschrauben eines Aufsatzes auf eine Wasch- oder Spülmittelflasche

Info

Publication number: DE102016223046A1
Application number: DE102016223046.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Orlich Bernhard; Dannielle Paola Borger
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-05-24
Also published as: WO2018095767A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum industriellen Aufschrauben eines Aufsatzes (20) auf einen Flaschenhals (13) einer Flasche, insbesondere einer Wasch- oder Spülmittelflasche (10). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Aufsatz (20) in einer ersten Phase des Aufschraubens mit einer ersten Drehgeschwindigkeit und in einer zweiten Phase des Aufschraubens mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit aufgeschraubt wird, wobei ein Verhältnis von erster Drehgeschwindigkeit zu zweiter Drehgeschwindigkeit wenigstens 1,2 beträgt. Die Bewegung der Flasche wird durch eine Halterung, die an der Frontseite (14) und Rückseite (15) des Flaschenkörpers (11) die Flasche berührt, in derart eingeschränkt, dass durch die Halterung eine Gegenkraft während des Aufschraubens ausgeübt werden kann so, dass der Aufsatz (20) aufgeschraubt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum industriellen Aufschrauben eines Aufsatzes auf einen Flaschenhals einer Flasche, insbesondere einer Wasch- oder Spülmittelflasche.
Es ist bekannt, dass bei der Bereitstellung in großen Mengen eine Wasch- oder Spülmittelflasche automatisch abgefüllt und danach automatisch verschlossen wird. Bei einer Wasch- oder Spülmittelflasche, deren Flaschenhals ein Außengewinde aufweist, wird dabei der Aufsatz in Form eines Schraubverschlusses mit einem Innengewinde auf den Flaschenhals gesetzt und dann relativ zur Flasche verdreht, bis der Aufsatz eine Endposition erreicht hat. Durch das Zusammenwirken von Innengewinde und Außengewinde ist der Schraubverschluss in der Endposition fest mit der Wasch- oder Spülmittelflasche verbunden.
Hinsichtlich der Dichtheit der Verbindung zwischen dem Schraubverschluss und dem Flaschenhals sind bei Wasch- oder Spülmittelflaschen hohe Anforderungen zu erfüllen. Es ist daher bekannt, ein Dichtungselement zwischen Flaschenhals und Schraubverschluss vorzusehen. Aber auch dann kann nicht mit Sicherheit davon ausgegangen werden, dass bei großen Stückzahlen alle derart abgedichteten Flaschen die hohen Anforderungen bezüglich Dichtheit erfüllen.
Beispielsweise werden Wasch- und Spülmittelflaschen im wachsenden Maße durch den elektronischen Handel (eCommerce) vertrieben, so dass bei einer Auslieferung durch einen Paketdienst sich die Flasche für längere Zeit in beliebiger Position, auch mit dem Flaschenhals und dem Schraubverschluss nach unten geneigt, befinden kann. Im letztgenannten Fall würde das Wasch- oder Spülmittel direkt an dem Dichtungselement anliegen. Ein undichter Verschluss würde somit unweigerlich zu einer Leckage des Flascheninhalts führen. Insbesondere wenn es sich bei dem Flascheninhalt um ein Wasch- oder Spülmittel handelt, das Inhaltsstoffe zur Reduktion der Oberflächenspannung beinhaltet, können bereits kleinste Fehler oder Unregelmäßigkeiten bei dem industriellen Aufschrauben später zur unerwünschten Leckage führen. So kann der Fall auftreten, dass beim industriellen Aufschrauben der Schraubverschluss seine gewünschte Endposition nicht erreicht hat, so dass zwischen Dichtungselement und der dem Dichtungselement gegenüberliegende Dichtfläche ein kleiner Spalt verbleibt. Auch ist zu bedenken, dass aufgrund von Fertigungstoleranzen Undichtigkeiten gegeben sein können, selbst wenn die Endposition, beispielsweise durch Vorsehen eines Anschlags für den Schraubverschluss, sicher erreicht wird. Aufgrund des vergleichsweise großen Halsdurchmessers der Flasche, welcher vom Konsumenten als vorteilhaft empfunden und daher nachgefragt wird, führen kleine (relative) Fertigungstoleranzen zu recht großen (absoluten) Abweichungen.
Zudem ist bekannt, für das Aufschrauben des Schraubverschlüsse ein Drehmoment zu definieren, bei dessen Überschreitung das Aufdrehen des Schraubverschlusses gestoppt wird. Bei großen Drehmomenten besteht jedoch die Gefahr, dass es zu einem „Verschweißen“ (Kaltverschweißung) des Schraubverschlusses kommt. Ein derart verschweißter Schraubverschluss lässt sich nur mit Mühe oder gar nicht mehr vom Flaschenhals lösen. Die Gefahr der Kaltverschweißung ist besonders groß, wenn der Schraubverschluss mit einer hohen Drehgeschwindigkeit auf den Flaschenhals aufgeschraubt wird. Umgekehrt lässt sich die Drehgeschwindigkeit auch nicht beliebig verringern, da dadurch die benötigte Zeit für das Aufschrauben ansteigt. Bei einer industriellen Bereitstellung mit entsprechend großen Stückzahlen sollte aber die Zeit, die für das Aufschrauben eines Schraubverschlusses auf die Flasche benötigt wird, möglichst klein gehalten werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein industrielles Verfahren bereit zu stellen, durch das eine Wasch- oder Spülmittelflasche effizient, zuverlässig und dicht verschlossen werden kann.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit Anspruch 1 gelöst. Ausführungsbeispiele der Erfindung können den von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen entnommen werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Aufsatz in einer ersten Phase des Aufschraubens mit einer ersten Drehgeschwindigkeit und in einer zweiten Phase des Aufschraubens mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit aufgeschraubt wird, wobei ein Verhältnis von erster Drehgeschwindigkeit zu zweiter Drehgeschwindigkeit wenigstens 1,2 beträgt. Dieses Verhältnis, also der Quotient aus erster Drehgeschwindigkeit zu zweiter Drehgeschwindigkeit, wird im Folgenden auch als Verhältnis A bezeichnet.
Erfindungsgemäß umfasst wobei der Flaschenkörper eine Frontseite und eine Rückseite. Beim Aufschrauben wird die Bewegung der Flasche durch eine Halterung, die an der Frontseite und Rückseite des Flaschenkörpers die Flasche berührt, eingeschränkt. Die Einschränkung ist derart dass durch die Halterung eine Gegenkraft während des Aufschraubens ausgeübt werden kann so, dass der Aufsatz aufgeschraubt werden kann. Die Einschränkung ist vorzugsweise eine Rotationseinschränkung. Die Gegenkraft ist vorzugsweise eine Haltekraft die vorzugsweise durch eine Führung ausgeübt wird. Durch die vorliegende Erfindung ist das Halten der Flasche am Flaschenhals zum Aufschrauben des Aufsatzes nicht nötig, und sogar unerwünscht. Durch die vorliegende Erfindung wird Zeitgewonnen und es können kleine aufschraub Toleranzen erzielt werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt das Verhältnis A wenigstens 1,5 oder wenigstens 2. Beispielsweise kann das Verhältnis A zwischen 1,5 und 2,5 liegen. Bei einem Verhältnis A gleich 2 dreht der Aufsatz in der ersten Phase doppelt so schnell wie in der zweiten Phase.
Da das Verhältnis A größer als 1 ist, kann die erste Drehgeschwindigkeit auch als höhere Drehgeschwindigkeit und die zweite Drehgeschwindigkeit als niedrigere Drehgeschwindigkeit bezeichnet werden. Die Idee der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, das industrielle Aufschrauben, also das automatisierte Aufschrauben in großen Stückzahlen (vorzugsweise mehr als 1000 Aufsätze pro Stunde), in wenigstens zwei Phasen zu unterteilen, wobei in der ersten oder vorgeschalteten Phase der Aufsatz mit einer merklich höheren Drehgeschwindigkeit aufgeschraubt wird als in der zweiten oder nachgeschalteten Phase.
Durch die Aufteilung des Aufschraubprozesses in die wenigstens zwei Phasen lässt sich die gesamt benötigte Zeit für das Aufschrauben des Aufsatzes relativ klein halten, wobei bedingt durch die niedrigere Drehgeschwindigkeit in der zweiten Phase die Gefahr einer Kaltverschweißung deutlich reduziert werden oder gar ausgeschlossen werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit eine effiziente und zeitsparende Möglichkeit, Aufsätze auf Wasch- oder Spülmittelflaschen auch mit großen Innendurchmesser des Flaschenhalses aufzuschrauben, ohne dass dabei die Gefahr besteht, dass es zu der unerwünschten Kaltverschweißung kommt.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Bereitstellen der Flasche. Weiter bevorzugt ist, dass der Innendurchmesser des Flaschenhalses zwischen 33 mm und 70 mm ist. Bei solchen Flaschen mit größerem Flaschenhalsinnendurchmesser wurde festgestellt dass eine zweite Phase des Aufschraubens mit einer geringeren Drehgeschwindigkeit einen noch größeren Einfluss auf die Fertigtoleranzen hat. Dies wird mit dem größeren Drehmoment des Verschließkopfes assoziiert.
Vorzugsweise wird die Flasche mit dem Flaschenhals im erfindungsgemäßen Verfahren ortsfest fixiert, und der Aufsatz vollführt eine Drehbewegung. Erfindungsgemäß soll jedoch auch der Fall abgedeckt sein, dass sich die Flasche mit dem Flaschenhals dreht und der Aufsatz ortsfest fixiert ist. Unter der ersten Drehgeschwindigkeit und der zweiten Drehgeschwindigkeit sind somit Drehgeschwindigkeiten zu verstehen, die der Aufsatz relativ zum Flaschenhals bzw. zur Flasche zurücklegt, ohne dass es darauf ankommt, welches Bauteil in welchen Umfang eine Absolutdrehung vollführt.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren mit Flaschen durchgeführt in der der Flaschenkörper eine Frontseite und eine Rückseite umfasst, und somit einen nicht runden Querschnitt aufweist. Vorzugsweise wird das Verfahren mit Flaschen die an der Nebenseite, also zwischen Front und Rückseite, einen Griff aufweisen durchgeführt. Es wird weiterhing bevorzugt dass der Griff durchgehend ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vorzugsweise vor, dass die Flasche mit einer vordefinierten Orientierung bereitgestellt wird. Insbesondere bei einer Flasche mit griff, wird die Flasche vorzugsweise mit griff nach hinten bereitgestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht vorzugsweise von einem ersten Transportabschnitt aus, in dem die Flaschen hintereinander in Laufrichtung ausgerichtet bereitgestellt werden, beispielsweise auf einem Transportband stehend und/oder durch einen Führung geführt werden, und die Flaschen so ausgerichtet sind, dass die Hauptachse des flachen Querschnitts einer jeden Flasche mit der Laufrichtung des ersten Transportabschnitts, kleiner als 30° ist, vorzugsweise zusammenfällt. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Führung einen Kreisbogen, dabei ist führ die Orientierung der Flasche statt die Laufrichtung die Tangente der Laufrichtung zu nehmen, so dass die Hauptachse des flachen Querschnitts einer jeden Flasche mit der Tangente der Laufrichtung des ersten Transportabschnitts, kleiner als 30° ist, vorzugsweise zusammenfällt. Die Tangente der Laufrichtung wird als allgemeiner Begriff verwendet, da bei geradelinige Führung die Tangente mit der Laufrichtung zusammenfällt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, ist es möglich das Aufschrauben des Aufsatzes durchzuführen ohne dass die Flasche durch eine Zange festgehalten werden muss. Es wird bevorzugt, dass die Rotation der Flasche durch eine Führung unterbindet ist.
Der Aufsatz kann beispielsweise eine Verschlusskappe, ein Ausgießer oder eine Kombination aus Ausgießer und Verschlusskappe sein. Wenn ein Außengewinde an einer Außenwand des Flaschenhalses vorgesehen, weist der Aufsatz ein korrespondierendes Innengewinde auf, so dass sich das Innengewinde auf das Außengewinde aufschrauben lässt. Alternativ ist möglich, dass der Flaschenhals mit einem Innengewinde versehen ist, sodass dann das korrespondierende Außengewinde dem Aufsatz zugeordnet ist. Die Drehung des Aufsatzes erfolgt dabei um eine Mittelachse von Außengewinde und Innengewinde. Zuvor muss der Aufsatz mittig auf dem Flaschenhals positioniert werden, damit die beiden Gewinde in Eingriff kommen können.
Die erste Drehgeschwindigkeit kann in der ersten Phase im Wesentlichen konstant sein. Für die zweite Drehgeschwindigkeit gilt das Gleiche: auch sie kann während der zweiten Phase im Wesentlichen konstant sein. Im Wesentlichen konstant soll hier bedeuten, dass die Drehgeschwindigkeit in einem mittleren Bereich der jeweiligen Phase, wobei der mittlere Bereich die mittleren 80 % der Phase abdecken soll, nicht mehr als +/- 10 % von einem Mittelwert der Drehgeschwindigkeit abweicht.
Es ist jedoch auch möglich, dass die erste Drehgeschwindigkeit in der ersten Phase und/oder die zweite Drehgeschwindigkeit in der zweiten Phase jeweils einer zeitabhängigen, nicht konstanten Funktion folgen. In diesem Fall wird für die Berechnung des Verhältnisses A der entsprechende Mittelwert der Drehgeschwindigkeit in der ersten Phase zu Grunde gelegt. Die erste Drehgeschwindigkeit in der ersten Phase kann im Wesentlichen konstant sein, während die zweite Drehgeschwindigkeit in der zweiten Phase nicht konstant ist. Auch ist es denkbar, dass die zweite Drehgeschwindigkeit in der zweiten Phase im Wesentlichen konstant ist, während in der ersten Phase die erste Drehgeschwindigkeit variiert.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der zweiten Phase ein Drehmoment für das Aufschrauben eingestellt, wobei bei Überschreitung des Drehmoments ein Antrieb zum Aufschrauben gestoppt oder eine Verbindung zwischen Aufsatz und Antrieb gelöst wird. Das Drehmoment kann zwischen 1,5 und 6 Newtonmeter (Nm) betragen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt das Drehmoment 2,5 bis 5 Nm.
Beispielsweise kann zwischen Antrieb und Aufsatz eine Rutsch- oder Magnetkupplung vorgesehen sein, die eine bestimmte Drehmomentkapazität aufweist. Wird nun der Aufsatz aufgeschraubt und wird dieser in die Nähe einer Endposition bzw. in seine Endposition gedreht, steigt das für das weitere Drehen notwendige Drehmoment sprunghaft an, sodass die Rutsch- oder Magnetkupplung durchrutscht und ein weiteres Drehen nicht mehr erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem Antrieb um einen Servomotor handeln, welcher bei einer bestimmten Motorlast (Drehmoment) automatisch stoppt. Auch in diesem Fall wird das Aufschrauben bei Überschreitung des eingestellten Drehmoments gestoppt.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufschraubprozess auch mehr als zwei Phasen aufweisen kann. Beispielsweise kann der ersten Phase eine Startphase vorgeschaltet sein. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase eine weitere Phase vorgesehen ist. Bei der zweiten Phase gemäß der Erfindung soll es sich aber jeweils immer um die letzte Phase im Aufschraubprozess handeln, in der der Aufsatz die Endposition relativ zum Flaschenhals erreicht.
Zwischen dem Aufsatz und dem Flaschenhals können reibungsreduzierende Mittel verwendet werden. Beispielsweise können Flächen, die beim Aufschrauben des Aufsatzes auf den Flaschenhals miteinander in Kontakt treten, einseitig oder beidseitig mit einem thermoplastischen Elastomer beschichtet sein.
Die erste Drehgeschwindigkeit in der ersten Phase kann mehr als 180 Umdrehungen pro Minute (rpm) betragen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die erste Drehgeschwindigkeit mehr als 200 rpm oder gar mehr als 300 rpm.
Für die Einstellung der Drehgeschwindigkeiten ist die Zeit eine wichtige Einflussgröße, welche der industrielle Prozess zur Verschraubung zulässt. Hier ist die Anzahl der Verschliess- oder Verschrauberköpfe (Verschrauberstände) einer Maschine massgebend. So kann mit einer Maschine mit 8 Verschrauberständen eine sehr viel höhere Durchsatzleistung erbracht werden als mit einem einzelnen Verschrauberkopf. Verschraubungszeiten für einen Aufsatz auf eine Flasche können unterhalb von 4 Sekunden liegen - in besonderen Ausführungsformen auch unterhalb von 2 Sekunden. Beispielsweise kann die Verschraubungszeit pro Flasche zwischen 1,5 und 2,5 Sekunden betragen.
Die zweite Drehgeschwindigkeit in der zweiten Phase kann Werte zwischen 80 und 150 rpm annehmen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die zweite Drehgeschwindigkeit 90 bis 125 rpm.
In der ersten Phase legt der Aufsatz relativ zum Flaschenhals einen ersten Drehwinkelweg zurück. In der zweiten Phase legt der Aufsatz relativ zum Flaschenhals einen zweiten Drehwinkelweg zurück. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt das Verhältnis von erstem Drehwinkelweg zu zweitem Drehwinkelweg wenigstens 1,5. Dieses Verhältnis, also der Quotient aus erstem Drehwinkelweg zu zweitem Drehwinkelweg, wird im Folgenden auch als Verhältnis B bezeichnet.
Das Verhältnis B kann auch Werte größer als 2 annehmen. In einem Ausführungsbeispiel nimmt das Verhältnis B Werte zwischen 1,5 und 2,5 an. Wird beispielsweise für den ersten Drehwinkelweg ein Wert von 540° (1,5 Umdrehungen) und für den zweiten Drehwinkelweg 360° (eine volle Umdrehung) unterstellt, ergibt sich ein Verhältnis B von 1,5. Ein Gesamt-Drehwinkelweg beträgt in diesem Beispiel 900° (2,5 Umdrehungen).
Der Gesamt-Drehwinkelweg hängt von der Ausgestaltung von Aufsatz und Flaschenhals ab. Beispielsweise kann ein Anschlag in Drehrichtung vorgesehen sein, der eine Endposition des Aufsatzes relativ zum Flaschenhals definiert. Unter Endposition ist dabei die Drehposition relativ zum Flaschenhals zu verstehen, über die hinaus ein Weiterdrehen nur mit extremen Kräften möglich ist oder zur Beschädigung von Aufsatz und/oder Flaschenhals führt. Die Endposition kann aber auch das zur Drehachse senkrechten Aufsetzen einer Fläche des Aufsatzes auf eine entsprechende Gegenfläche des Flaschenhalses definiert sein. Zwischen Fläche und Gegenfläche kann ein Dichtungselement aus weicherem Material vorgesehen sein, sodass in Abhängigkeit des wirkenden Drehmoments und von Fertigungstoleranzen die Endposition nur ungefähr festgelegt ist. Wird jeweils ein gleiches Drehmoment angelegt, hängt die Endposition von den Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteilen ab (Aufsatz, Flaschenhals, ggf. Dichtungselement), wobei sich die Einzeltoleranzen der Bauteile auch addieren können. Trotz gleichem Drehmoment kann sich die Endposition in Drehrichtung des Aufsatzes um mehr als 10° bei eigentlich baugleichen Bauteilen unterscheiden.
Der Gesamt-Drehwinkelweg hängt auch ab von einen Anfangsposition, mit der der Aufsatz - in Drehrichtung gesehen - relativ auf den Flaschenhals gesetzt wird. Die Anfangsstellung ist beliebig, wenn ein Verschließkopf, mit dem der Aufsatz auf die Flasche geschraubt wird, den betreffenden Aufsatz ohne festgelegten Drehwinkelbezug greift und auf den Flaschenhals setzt. Hier kann der (Extrem-) Fall auftreten, dass Innengewinde und Außengewinde anfänglich so in Drehrichtung zueinander ausgerichtet sind, dass die einzelnen Gewindegänge sofort in Eingriff kommen, wenn das Aufschrauben beginnt. In einem anderen (Extrem-)Fall kann es einer fast vollständigen Umdrehung des Aufsatzes bedürfen, bis die betreffenden Gewindegänge in Eingriff kommen. Es ist daher ein Verschließkopf denkbar, durch den der Aufsatz in einer vorbestimmten Drehposition aufgenommen wird. Dadurch ist es möglich, die Anfangsposition des Aufsatzes - in Drehrichtung gesehen - relativ zur Flasche zu definieren. Damit kann eine etwaige Leerdrehung zum Beginn des Aufschraubens vermieden werden bzw. deren Ausmaß eingestellt werden.
Der erste Drehwinkelweg ist vorzugsweise kleiner als ein minimaler Drehwinkelweg, den der Aufsatz beim Aufschrauben unabhängig von besagter Anfangsposition mindestens zurücklegt. Selbst wenn nach erfolgtem Aufsetzen des Aufsatzes auf den Flaschenhals die Gewindegänge sofort in Eingriff kommen, ist sichergestellt, dass der Aufsatz nicht mit der hohen Drehgeschwindigkeit der ersten Phase in die Endposition fährt, was zu dem unerwünschten Kaltschweißen führen kann. Vielmehr beginnt zuverlässig vor der Endposition die zweite Phase mit der reduzierten Drehgeschwindigkeit und bevorzugt mit dem eingestellten Drehmoment zum Stoppen des Aufschraubprozesses. Vorzugsweise ist ein Sicherheitsabstand zwischen erstem Drehwinkelweg und minimalen Drehwinkelweg gegeben, damit die zweite Phase nicht zu kurz gerät. Der Sicherheitsabstand beträgt vorzugsweise 10 bis 30°.
Der Verschließkopf kann Fixierungsmittel aufweisen, die zu einer Drehachse des Verschließkopfes geneigt sind. Die Fixierungsmittel liegen an dem Aufsatz an, wenn der Verschließkopf den Aufsatz gegriffen hat. Ein Neigungswinkel (Winkel zwischen einem einzelnen Fixierungsmittel und der Drehachse) ist größer als 3 oder gar 10°. Durch eine Relativverschiebung des Verschließkopfes zum Aufsatz parallel zur Drehachse bzw. durch eine entsprechende Kraft parallel zur Drehachse lässt sich bedingt durch den Neigungswinkel der Druck der Fixierungsmittel auf den Aufsatz und somit das übertragbare Drehmoment zwischen Verschließkopf und Aufsatz einstellen.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

1 schematisch eine Wasch- oder Spülmittelflasche zusammen mit einem Verschließkopf, mit dem sich ein Aufsatz auf die Wasch- oder Spülmittelflasche aufschrauben lässt;
2 einen Drehwinkel beim Aufschrauben des Aufsatzes in Abhängigkeit von der Zeit;
3 ein Ausführungsbeispiel für den Aufsatz in Form eines Schraubverschlusses;
4 Perspektivansicht einer Flasche, ohne Aufsatz, mit einem nicht kreisrunden Querschnitt des Hauptkörpers. und
5 drei Flaschen die hintereinander in Laufrichtung ausgerichtet sind.

1 zeigt schematisch eine Wasch- oder Spülmittelflasche, die mit 10 bezeichnet ist und die im Folgenden verkürzt mit Flasche bezeichnet wird. Die Flasche 10 weist einen zylindrischen Hauptkörper 11 zur Aufnahme eines Wasch- oder Spülmittels auf. An einem oberen Ende des Hauptkörpers 11 ist ein konischer Übergangsbereich 12 vorgesehen, an dem sich ein zylindrisch ausgebildeter Flaschenhals 13 anschließt. In 1 wird der Flaschenhals 13 teilweise durch einen Aufsatz 20 verdeckt, der als Schraubverschluss ausgebildet ist. Der Schraubverschluss 20 soll ein Innengewinde aufweisen, das mit einem durch den Schraubverschluss 20 verdeckten Außengewinde am Flaschenhals 13 in Eingriff steht.
Durch Drehen um eine Drehachse 1 lässt sich der Schraubverschluss 20 auf den Flaschenhals 13 schrauben bzw. in umgekehrter Drehrichtung von diesem abschrauben. Das Aufdrehen des Schraubverschlusses 20 auf den Flaschenhals 13 erfolgt hierdurch einen Verschließkopf 40. Der Verschließkopf 40 umfasst eine Welle 41, die nur teilweise dargestellt ist. Die Welle 41 wird von einem Antrieb beispielsweise in Form eines Elektromotors angetrieben.
Wenn der Verschließkopf 40 in der in 1 dargestellten Drehrichtung 2 gedreht wird, wird der Schraubverschluss 20 auf den Flaschenhals 13 aufgedreht. Bedingt durch die Gewindesteigung des Innengewinnes bzw. des Außengewinde wird der Verschließkopf 40 in Richtung des Pfeils 3 parallel zur Drehachse 1 verschoben.
Das auf die Welle 41 übertragene Drehmoment des Antriebs wird über Fixierungsmittel 42 auf den Schraubverschluss 20 übertragen. Im Ausführungsbeispiel der 1 erstreckt sich eine Kontaktfläche zwischen den Fixierungsmittel 42 und einer zylindrischen Mantelfläche des Schraubverschlusses 20 parallel zur Drehachse 1.
Die Fixierungsmittel 42 sollen nur mit einem bestimmten Druck an der Außenfläche des zylinderförmigen Schraubverschlusses 20 anliegen, wobei zwischen den Fixierungsmittel 32 und dem Schraubverschluss 20 über einen Kraftschluss nur ein bestimmtes Drehmoments von den Verschließkopf 40 auf den Schraubverschluss 20 übertragen werden kann. Erreicht der Schraubverschluss 20 beim Aufschrauben eine Endposition, über die hinaus ein Aufschrauben nicht möglich bzw. nur mit zu großen Kräften möglich wäre, kommt es zwischen den Fixierungsmittel 42 und dem Schraubverschluss 20 wie bei einer Rutschkupplung zu einer relativen Drehbewegung.
Die Flasche 10 steht auf einer Auflage 4 und soll durch hier nicht dargestellte Mittel derart fixiert sein, dass eine Drehung der Flasche 10 um die Drehachse 1 nicht möglich ist. Somit lässt sich der Schraubverschluss 20 mit einem bestimmten Drehmoment sicher auf die Flasche 10 schrauben, ohne dass diese dabei verrutscht oder verdreht.
2 zeigt für ein Ausführungsbeispiel einen Drehwinkel beim Aufschrauben des Aufsatzes in Abhängigkeit von der Zeit t. Der Aufschraubprozess beginnt zu einem Zeitpunkt t₀. In einer ersten Phase I wird der Schraubverschluss 20 mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit auf den Flaschenhals 13 geschraubt. Die Drehgeschwindigkeit entspricht dabei der Steigung der Geraden (ΔDW_I/Δt_I) zwischen dem Zeitpunkt t₀ und einem Zeitpunkt t₁, in dem die erste Phase I beendet ist. Zum Ende der Phase I ist der Schraubverschluss 20 ausgehend von einer Anfangsposition um einen Drehwinkel DW₁ verdreht worden.
Nach der ersten Phase I schließt sich eine zweite Phase II an. Sie beginnt mit dem Zeitpunkt t₁ und endet mit einem Zeitpunkt t₂. Zu erkennen ist, dass die Steigung des Drehwinkels DW in der zweiten Phase kleiner ist als in der ersten Phase I. Entsprechend ist die Drehgeschwindigkeit in der zweiten Phase II kleiner als die Drehgeschwindigkeit in der ersten Phase I. Im Zeitpunkt t₂ erreicht der Schraubverschluss 20 die Endposition, die einem Drehwinkel DW₂ entspricht.
Die Drehgeschwindigkeiten ΔDW_I/Δt_I und ΔDW_II/Δt_II sind über die gesamte Phase jeweils konstant. Etwaige Beschleunigungs- oder Abbremsvorgänge sind in 2 nicht dargestellt.
Im Ausführungsbeispiel der 2 soll der Drehwinkel DW₂ 720° betragen, was zwei volle Umdrehungen entspricht. Der Drehwinkel DW₁ soll 540° betragen (1,5 Umdrehungen), so dass der Schraubverschluss 20 in der zweiten Phase II nur noch um 180° gedreht wird. Die Drehgeschwindigkeit ist in der ersten Phase I mehr als doppelt so groß wie in der zweiten Phase II. Daher wird für die Zurücklegung eines ersten Drehwinkelwegs von der Anfangsposition (Drehwinkel gleich 0) zu dem Drehwinkel DW₁, der deutlich größer ist als ein zweiter Drehwinkelweg (DW₂ - DW₁), nur geringfügig mehr Zeit benötigt wie für den zweiten Drehwinkelweg. Die zweite oder niedrigere Drehwinkelgeschwindigkeit am Ende des Aufschraubprozesses hilft, das Risiko einer Kaltverschweißung von Schraubverschluss 20 und Flaschenhals 13 zu reduzieren oder sogar auf null zu setzen. Durch die erste oder höhere Drehgeschwindigkeit in der ersten Phase I wird die für das Aufschrauben benötigte Gesamtzeit (t₂-t₀) gering gehalten. Der Aufschraubprozess kann so gestaltet sein, dass in der zweiten Phase II wenigstens ein Drehwinkelweg von 30° zurückgelegt wird.
Ein Ausführungsbeispiel für den Aufsatz 20 zeigt 3. Der Aufsatz ist als Verschlusskappe ausgebildet, die mit 30 bezeichnet wird. Die Verschlusskappe 30 ist becherförmig ausgebildet und weist eine in etwa zylindrische Seitenwand 31 auf, an deren einem Ende sich ein Boden 32 anschließt. Dem Boden 32 gegenüberliegend befindet sich ein offenes Ende 33.
Ungefähr in der Mitte zwischen dem Boden 32 und dem offenen Ende 33 ist ein Aufnahmeraum 34 zur Aufnahme eines oberen Endes des Flaschenhalses 13 vorgesehen. Der Aufnahmeraum 34 wird begrenzt durch eine Außenwand 35 und die Seitenwand 31, wobei die Seitenwand 31 eine radial innenliegende Begrenzung darstellt. An der Innenseite oder an der dem Aufnahmeraum zugewandten Seite der Außenwand 35 ist ein Innengewinde 36 vorgesehen, das mit dem Außengewinde am Flaschenhals 13 der Flasche 10 zusammenwirken kann. An einem oberen Ende des Aufnahmeraums 34 ist ein Dichtungselement 37 angeordnet. Das Dichtungselement 37 kommt zur Anlage mit einem oberen Rand des Flaschenhalses 13, wenn die Verschlusskappe 30 im Aufschraubprozess eine Endposition erreicht. In der Endposition befindet sich ein unterer Teil der Seitenwand 31 dann innerhalb des Flaschenhalses 13.
Die Fixierungsmittel 42 des Verschließkopfes 40 der 1 würden bei der Verschlusskappe 30 an einem oberen Teil der Seitenwand 31 bzw. an der Außenwand 35 anliegen. An dem oberen Teil ist die Seitenwand leicht konisch ausgebildet und läuft schräg auf den Boden 32 zu. Dies würde zu einem Neigungswinkel zwischen den an der Seitenwand 31 anliegenden Fixierungsmittel 42 und der Drehsache 1 führen, die mit der Mittelachse 38 zusammenfällt.
3 stellt eine Erfindungsgemäße Flasche dar, auf der ein Aufsatz 20 aufgeschraubt wird. Die Flasche 10 ist eine Wasch- oder Spülmittelflasche und umfasst eine Frontseite 14 und eine Rückseite 15 (nicht in der Figur zu sehen da auf der Rückseite), an einer der Nebenseiten 16 ist ein Griff 17 ausgebildet, in dem Fall ein durchgehender Griff. Die Flasche umfasst einen Übergangsbereich 12 zwischen Hauptkörper 11 und Flaschenhals 13. Der Innendurchmesser 18 ist typisch für eine große Öffnung (33 - 70 mm). Der Querschnitt des Flaschenkörpers ist nicht Kreisrund, in dem Fall beispielsweise in etwa Oval, mit einer Hauptachse 19 die in 5 zu sehen ist.
5 zeigt eine Anreihung von drei Flaschen von der Draufsicht. Die Flaschen sind identisch und umfassen eine Hauptachse 19, eine Frontseite 14, eine Rückseite 15. 5 zeigt eine kreissegmentartige Flaschenführung die durch innen und Außenwand 51 beschränkt ist. Die Flaschen bewegen sich in Laufrichtung 50 in gegen Urzeigerrichtung. Die Hauptachse 19 der Flasche ist co-linear mit der Tangente 52 der Laufrichtung 50, und somit fallen die zusammen. Der erste Transportabschnitt ist beispielsweise mit 54 dargestellt in der die Flaschen bereitgestellt werden. In einem Weg 53 finden die Aufschraubverfahrensschritte statt. Eine andere Geometrie der Laufrichtung, zum Beispiel ein geradlinige Führung ist auch möglich.
Bezugszeichenliste

1: Drehachse
2: Drehrichtung
3: Pfeil
4: Auflage
10: Wasch- oder Spülmittelflasche
11: Hauptkörper
12: Übergangsbereich
13: Flaschenhals
14: Frontseite
15: Rückseite
16: Nebenseite
17: Griff
18: Innendurchmesser
19: Hauptachse
20: Aufsatz/Schraubverschluss
30: Verschlusskappe
31: Seitenwand
32: Boden
33: Offenes Ende
34: Aufnahmeraum
35: Außenwand
36: Innengewinde
37: Dichtungselement
38: Mittelachse
40: Verschließkopf
41: Welle
42: Fixierungsmittel
50: Laufrichtung
51: Führung
52: Tangente
53: Weg, in dem die aufschrauben Verfahrensschritte stattfinden
54: erster Transportabschnitt

Claims

Verfahren zum industriellen Aufschrauben eines Aufsatzes (20) auf einen Flaschenhals (13) einer Flasche, insbesondere einer Wasch- oder Spülmittelflasche (10), wobei einen Flaschenkörper (11) eine Frontseite (14) und eine Rückseite (15) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (20) - in einer ersten Phase des Aufschraubens mit einer ersten Drehgeschwindigkeit und - in einer zweiten Phase des Aufschraubens mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit aufgeschraubt wird, wobei ein Verhältnis von erster Drehgeschwindigkeit zu zweiter Drehgeschwindigkeit wenigstens 1,2 beträgt, und wobei die Bewegung der Flasche durch eine Halterung, die an der Frontseite (14) und Rückseite (15) des Flaschenkörpers (11) die Flasche berührt, in derart eingeschränkt wird, dass durch die Halterung eine Gegenkraft während des Aufschraubens ausgeübt werden kann so, dass der Aufsatz (20) aufgeschraubt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Flaschenhalses (13) zwischen 33 mm und 70 mm ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von erster Drehgeschwindigkeit zu zweiter Drehgeschwindigkeit wenigstens 2 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehgeschwindigkeit in der ersten Phase und/oder die zweite Drehgeschwindigkeit in der zweiten Phase im Wesentlichen konstant sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Phase ein Drehmoment für das Aufschrauben eingestellt wird, wobei bei Überschreitung des Drehmoments ein Antrieb zum Aufschrauben gestoppt oder eine Verbindung zwischen Aufsatz (20) und Antrieb gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment zwischen 1,5 und 6 Nm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aufsatz (20) und dem Flaschenhals (13) reibungsreduzierende Mittel verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehgeschwindigkeit in der ersten Phase mehr als 180 Umdrehungen pro Minute (rpm) beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehgeschwindigkeit in der zweiten Phase zwischen 80 und 150 rpm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (20) relativ zum Flaschenhals (13) in der ersten Phase des Aufschraubens einen ersten Drehwinkelweg und in der zweiten Phase einen zweiten Drehwinkelweg zurücklegt, wobei das Verhältnis von erstem Drehwinkelweg zum zweiten Drehwinkelweg wenigstens 1,5 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von erstem Drehwinkelweg zu zweitem Drehwinkelweg mehr als 2 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (20) durch einen Verschließkopf (40) aufgeschraubt wird, wobei der Verschließkopf (40) Fixierungsmittel (42) aufweist, die zu einer Drehachse (1) des Verschließkopfes (40) geneigt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dass der erste Drehwinkelweg kleiner ist als ein minimaler Drehwinkelweg, den der Aufsatz (20) beim Aufschrauben unabhängig von einem Anfangsdrehwinkel mindestens zurücklegt.