DE102019118982A1

DE102019118982A1 - Vorrichtung sowie Verfahren zum Behandeln von Behältern

Info

Publication number: DE102019118982A1
Application number: DE102019118982.9A
Authority: DE
Inventors: Uwe Wolf
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2021-01-14
Also published as: EP3996997A1; WO2021008879A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (1) zum Behandeln von Behältern. Die Vorrichtung (1) weist zumindest eine an einem tragenden Ende (2) angeordnete und als feststehendes Maschinenteil ausgebildete Trageinheit (3), zumindest eine an einem, gegenüberliegenden freien Ende (4) angeordnete und als freiendseitiges Maschinenteil ausgebildete Aufbaueinheit (5) sowie zumindest eine zwischen der Trageinheit (3) und der Aufbaueinheit (5) angeordnete und als bewegliches Maschinenteil ausgebildete Behandlungshaupteinheit (6) auf. Im Betrieb bildet die Behandlungshaupteinheit (6) einen eine Schwingung erzeugenden Schwingungsquellbereich .Die Vorrichtung ist mit einer Schwingminderungseinrichtung ausgestattet, die zumindest einen mit einem der Maschinenteile gekoppelten dynamisch-aktiven Schwingungstilger (7), zumindest einen mit einem der Maschinenteile gekoppelten Beschleunigungssensor (8) und wenigstens eine mit dem Beschleunigungssensor (8) und dem dynamisch-aktiven Schwingungstilger (7) kommunizierend verbundene Auswerte- und Steuereinheit (9) aufweist. Die Schwingminderungseinrichtung kompensiert dabei die vom Schwingungsquellbereich ausgehenden und bei zumindest einem der Maschinenteile auftretenden Schwingungen mittels Piezo-gekoppelter Resonanzschwingung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Behandeln von Behältern sowie auf ein Verfahren zum Behandeln von Behältern in einer solchen Vorrichtung.
Behälterbehandlungsvorrichtungen an sich sind hinreichend bekannt. Derartige Vorrichtungen umfassen beispielsweise Vorrichtungen zum Transportieren oder Fördern von Behältern, nämlich Transporteure oder Förderer, ebenso wie Vorrichtungen zum Befüllen, Verschließen, Etikettieren oder Bedrucken von Behältern, welche auch als Füll-, Verschließ-, Etikettier- oder Druckmaschinen bezeichnet werden. Bei Behälterbehandlungsvorrichtungen der eingangs genannten Art können auch mehrere einzelne der genannten Maschinen bzw. Einheiten zu einer größeren Behälterbehandlungseinheit oder -anlage miteinander gekoppelt oder verblockt sein, wobei die Übergabe der Behälter zwischen den einzelnen Maschinen über entsprechend ausgelegte Transporteure oder Förderer erfolgt, beispielsweise mittels rotierender Fördereinrichtungen auf einem mehrfach umgelenkten Transportweg. Die Behälter legen somit während der Behandlung einen Behandlungs- und Transportweg zurück.
Bekannt ist ebenfalls, dass Behälterbehandlungsvorrichtungen getaktet betriebene Arbeitsstationen umfassen. Ferner ist bekannt, dass derartige Vorrichtungen zum Behandeln von Behältern als so genannte Rundläufermaschinen arbeiten und dazu rotierend angetriebene Maschinenteile aufweisen, welche beispielsweise drehbeweglich auf feststehenden, stützenden oder tragenden Maschinenteilen lagern. In der Regel ruhen dabei die feststehenden, stützenden Maschinenteile auf einem festen Untergrund, insbesondere auf einem Hallenboden, und bilden damit ein als Stand- oder Verankerungsstruktur bzw. als Tragstruktur oder Traggestell ausgebildetes Maschinenunterteil.
Die sich auf einem solchen Maschinenunterteil abstützenden beweglichen, insbesondere rotierend angetriebenen Maschinenteile sind daher in vertikaler Ausrichtung in der Regel oberhalb der Maschinenunterteile angeordnet. Dabei können derartige bekannte Vorrichtungen weitere Aufbauten umfassen, die in vertikaler Ausrichtung nach oben hin über die beweglichen Maschinenteile hinausragen oder auskragen. Beispielsweise stellen im Fall von Verschließmaschinen aus dem Stand der Technik bekannte Verschlusskappenzuführungen und Verschlusskappensortierer derartige hochaufragende, auskragende Aufbauten dar.
Es versteht sich, dass im Betrieb der Vorrichtung von den beweglich ausgebildeten Maschinenteilen aufgrund ihrer Bewegung und/oder Taktung mehr oder minder starke Vibrationen bzw. Schwingungen erzeugt werden. Diese Schwingungen, welche z.B. die Eigenschwingungen der jeweiligen Maschinenteile sind und insbesondere durch die Taktzahlen und Leistungsdaten im Taktbetrieb bedingt sind, werden auf andere Maschinenteile übertragen, insbesondere auf die stützenden, tragenden Maschinenunterteile und ebenso auf die Aufbauten. Da die Schwingungen der Maschinenteile durch Resonanzerscheinungen noch verstärkt werden können, wird in solchen Fällen auch eine größere bzw. verstärkte Schwingung auf die weiteren Maschinenteile übertragen. Neben den aufgrund der eigenen Bewegung auftretenden Eigenschwingungen können ferner Schwingungen oder Vibrationen von benachbarten Maschinen einer Anlage aber auch anlagenfremde Vibrationen oder Schwingungen auf Maschinenteile übertragen werden.
Insbesondere weit nach oben hin aufragende oder auskragende Maschinenteile bzw. Aufbauten geraten dabei sehr in Schwingung, nicht zuletzt aufgrund der oben erläuterten Verstärkungsphänomene. Um bei dem Beispiel der Verschließmaschine zu bleiben, sind dies insbesondere die Verschlusskappenzuführung bzw. der Verschlusskappensortierer, die von den Schwingungen besonders stark betroffen sind. Besonders belastet sind hierbei auch solche von Verschlusskappenzuführungen oder Verschlusskappensortierern ebenfalls umfassten Bauteile, wie z.B. weit auskragende Vorratsbehälter für Verschlusskappen, Verschlusskappenwender, Zuführkanäle bzw. -schienen oder dergleichen. Auch die zunehmend geforderte Materialeinsparung bei der Herstellung von Maschinenteilen führt zu einer vermehrten bzw. stärkeren Eigenschwingung, welche sich dann insbesondere auch auf auskragende Aufbauten in besonders hohem Maße ungünstig auswirkt und deren Verschleiß beschleunigt sowie die grundsätzliche Betriebssicherheit der Vorrichtung beeinträchtigt.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Behälterbehandlungsvorrichtung anzugeben, bei der unerwünschte Schwingungen reduziert werden und bei der damit die Betriebssicherheit verbessert und der Verschleiß vermindert ist.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Ein entsprechendes Verfahren zum Behandeln von Behältern ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 14. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Dabei sind alle beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Weiterhin werden die Patentansprüche zum einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Behandeln von Behältern bereit, welche zumindest eine an einem tragenden Ende angeordnete und als feststehendes Maschinenteil ausgebildete Trageinheit, zumindest eine an einem gegenüberliegenden freien Ende angeordnete und als freiendseitiges Maschinenteil ausgebildete Aufbaueinheit sowie zumindest eine zwischen der Trageinheit und der Aufbaueinheit angeordnete und als bewegliches Maschinenteil ausgebildete Behandlungshaupteinheit aufweist, welche im Behandlungsbetrieb einen eine Schwingung erzeugenden Schwingungsquellbereich bildet. Die Vorrichtung ist mit einer Schwingminderungseinrichtung ausgestattet, welche zumindest einen dynamisch-aktiven Schwingungstilger aufweist, der mit einem der Maschinenteile gekoppelt ist und welche zumindest einen Beschleunigungssensor aufweist, der ebenfalls mit einem der Maschinenteile gekoppelt ist. Ferner weist die Schwingminderungseinrichtung wenigstens eine mit dem Beschleunigungssensor und dem dynamisch-aktiven Schwingungstilger kommunizierend verbundene Auswerte- und Steuereinheit auf. Die Schwingminderungseinrichtung kompensiert dabei die vom Schwingungsquellbereich erzeugten Schwingungen mittels Piezo-gekoppelter Resonanzschwingung.
Besonders vorteilhaft kann bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durch piezogekoppelte bzw. piezogesteuerte Aktivierung eine Eigenschwingung des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers hervorgerufen und reguliert werden, wodurch schließlich eine Schwingungskompensation veranlasst wird. Vorzugsweise wird die Schwingungskompensation mittels eines Piezo-Biegewandlers bewirkt. Mit einem derartigen Piezo-Biegewandler können vorteilhaft bei enorm kurzen Stellzeiten große Auslenkungen sowie hohe Kräfte erzielt werden. Mit der vorliegenden Erfindung wird vorteilhaft eine einfache aber dennoch sehr leistungsstarke Vibrations- bzw. Schwingungskompensation ermöglicht, die insbesondere leistungsabhängig und eigenschwingungsabhängig funktioniert und dabei in Bezug auf die Gesamtmaschine bzw. in Bezug auf die allgemeine Maschinensteuerung autark ist.
Ganz besonders vorteilhaft kann die Schwingminderungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche auch als Schwingminderungssystem verstanden werden kann, auf beliebige Maschinenteile oder Maschinenbaugruppen von Behälterbehandlungsvorrichtungen bzw. Behälterbehandlungsanlagen einwirken, an denen Vibrationen bzw. Schwingungen auftreten, die beispielsweise schädlich für die Funktion und/oder die Lebensdauer der Maschinenteile oder Maschinenbaugruppen selbst sind, insbesondere auch schädlich für Funktion und/oder Lebensdauer einzelner Bauteile der Maschinenteile. Dies ist erfindungsgemäß insbesondere darüber gewährleistet, dass der dynamisch-aktive Schwingungstilger an beliebigen Maschinenteilen oder Maschinenbaugruppen von Behälterbehandlungsvorrichtungen bzw. -anlagen, an denen die störenden oder schädlichen Vibrationen bzw. Schwingungen auftreten, befestigt werden kann und somit genau dort wirksam wird, wo auch die für Funktion und Lebensdauer störenden oder schädlichen Schwingungen auf die Maschinenteile einwirken.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden mit dem Schwingminderungssystem daher Schwingungen und Vibrationen vermindert bzw. eliminiert oder kompensiert, welche an Teilen oder Baugruppen der Vorrichtung auftreten und welche auf diese Teile oder Baugruppen selbst, insbesondere im Hinblick auf deren Funktion und Verschleiß, schädlichen und störenden Einfluss nehmen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich dabei nicht um eine bei speziellen Wiegefüllern vorgesehene schwingungsmäßige Abschirmung bzw. Entkopplung der schwingungsempfindlichen Wiegesysteme oder Wiegevorrichtungen gegenüber der Maschinenteile, wie es aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der EP 2 574 886 A2 bekannt ist, bei dem insbesondere mittels Tiefpassfilter ein Kompensationssignal an einer Schnittstelle zwischen Maschinenteil und Wiegevorrichtung eingeleitet wird.
An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Schwingminderungseinrichtung nicht für eine schwingungsmäßige Entkopplung von Wiegevorrichtungen gegenüber Maschinenelementen einer Befüllvorrichtung bei den genannten Spezialanwendungen von Wiegefüllern vorgesehen und geeignet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist der dynamisch-aktive Schwingungstilger als Biegeschwinger ausgebildet und ist insbesondere durch ein Feder-Masse-System gebildet. Dabei umfasst der dynamisch-aktive Schwingungstilger besonders bevorzugt eine oder mehrere Blattfedern, wobei an jeder Blattfeder im Bereich eines freien Endes zumindest ein Masseelement angeordnet ist und wobei an jeder Blattfeder beabstandet zum freien Ende, bevorzugt in einem Mittelbereich der Blattfeder, ein Piezoelement befestigt, insbesondere aufgeklebt ist. Das Piezoelement ist bevorzugt in Form einer piezoelektrischen Platte bzw. eines piezoelektrischen Patches ausgebildet und ist ein so genannter Piezo-Patch-Aktor.
Der dynamisch aktive Schwingungstilger eignet sich besonders gut für ein so genanntes aktives Schwingungssystem und kann vorliegend auch als piezoelektrischer Aktor, insbesondere als so genannter piezoelektrischer Inertialmassenaktor verstanden werden. Dabei ist ein Ende des Aktors mit dem System, dessen Schwingungen es zu tilgen gilt, vorliegend insbesondere mit einem Maschinenteil der Vorrichtung, verbunden und das andere Ende des Aktors ist mit der Inertialmasse, nämlich dem Masseelement, verbunden. Dabei kann der Aktor die Inertialmasse, welche beispielsweise durch ein kleines Metallstück gebildet ist, bewegen. Die für die Beschleunigung der Inertialmasse erforderliche Kraft wird dabei an dem zu beruhigenden System, nämlich an dem Maschinenteil der Vorrichtung, wirksam.
Dadurch ist es insbesondere und vorteilhaft möglich, auch ohne Abstützung an einer festen Umgebung Kräfte in die zu beruhigende Vorrichtung einzuleiten, vorzugsweise auch an beliebiger Stelle der Vorrichtung, beispielsweise abhängig davon, wo an der Vorrichtung bzw. an welchem Maschinenteil und an welcher Stelle des Maschinenteils der dynamisch aktive Schwingungstilger befestigt ist. Dadurch ist besonders vorteilhaft eine ganz gezielte, Schwingungskompensation bzw. Schwingungstilgung möglich, und zwar bevorzugt genau an den besonders kritischen oder empfindlichen Maschinenteilen, bzw. an besonders kritischen Stellen der entsprechenden Maschinenteile.
Die Schwingminderungseinrichtung ist vorzugsweise in Form einer adaptiven, frequenzveränderlichen Schwingminderungseinrichtung ausgebildet und umfasst einen adaptiven, frequenzveränderlichen Schwingungstilger. Als adaptiver Schwingungstilger ist vorliegend insbesondere zu verstehen, dass die Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers der Erregerfrequenz, insbesondere der Frequenz der Schwingungen des Schwingungsquellbereichs folgt, vorzugsweise automatisch. Dadurch kann stets eine optimale Kompensation erreicht werden.
Im Falle eines Feder-Masse-Systems kann beispielsweise die Resonanzfrequenz über Veränderung der Federsteifigkeit verstellt werden. Eine Möglichkeit dies zu erreichen, ist beispielsweise, dass die im Bereich der freien Enden der Biegefedern bzw. der Blattfedern angeordneten Masseelemente über einen entsprechenden Antrieb entlang der Biegefeder verschiebbar gelagert sind. Durch die Verschiebung der Massenelemente ändert sich die Steifigkeit der Blattfeder und damit die Resonanzfrequenz des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers. Dadurch kann der dynamisch-aktive Schwingungstilger immer in einem optimalen Bereich die Schwingungen kompensieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante sind der dynamisch-aktive Schwingungstilger und der Beschleunigungssensor an verschiedenen Maschinenteilen angeordnet. Es versteht sich von selbst, dass gemäß alternativer Ausführungsformen ebenso möglich ist, dass der dynamisch-aktive Schwingungstilger und der Beschleunigungssensor an demselben Maschinenteil angeordnet sind, bevorzugt an verschiedenen Stellen bzw. Positionen des Maschinenteils. Die Stellen oder Positionen des Maschinenteils, an denen der dynamisch-aktive Schwingungstilger und der Beschleunigungssensor befestigt sind, können dabei räumlich benachbart oder entfernt voneinander sein.
Der dynamisch-aktive Schwingungstilger kann direkt fest und starr mit dem Maschinenteil verbunden sein, er kann aber auch indirekt oder mittelbar über zusätzliche weitere Bauteile mit dem Maschinenteil verbunden sein.
Vorzugsweise ist die Behandlungshaupteinheit als rotierendes Maschinenteil und die Aufbaueinheit als nicht-rotierendes Maschinenteil ausgebildet, wobei der dynamisch-aktive Schwingungstilger direkt oder über ein weiteres Bauteil indirekt mit der nicht-rotierenden Aufbaueinheit oder der feststehenden Trageinheit verbunden ist. Dadurch können die Kräfte zur Kompensation der Schwingungen direkt in die nicht beweglichen bzw. nicht-rotierenden Maschinenteile eingeleitet und dort wirksam werden.
Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Trageinheit durch ein auf dem Boden ruhendes Unterteil und die Aufbaueinheit durch ein aufbauendes und/oder auskragendes Oberteil gebildet. Der dynamisch-aktive Schwingungstilger ist dabei mit dem Unterteil verbunden und in räumlicher Anordnung auf einem Höhenniveau zwischen der Trageinheit und der den Schwingungsquellbereich bildenden Behandlungshaupteinheit angeordnet. Insbesondere bevorzugt kann bei dieser Ausführungsvariante der Beschleunigungssensor räumlich getrennt vom dynamisch-aktiven Schwingungstilger mit dem Unterteil verbunden sein, wobei der Beschleunigungssensor in räumlicher Anordnung auf einem Höhenniveau zwischen dem Beschleunigungssensor und der den Schwingungsquellbereich bildenden Behandlungshaupteinheit angeordnet ist.
Auch ist es gemäß bevorzugter Ausführungsvarianten möglich, mehrere dynamisch-aktive Schwingungstilger und/oder mehrere Beschleunigungssensoren vorzusehen. Jedem dynamisch-aktiven Schwingungstilger kann bzw. können dabei ein oder mehrere Beschleunigungssensoren zugeordnet sein. Vorzugsweise ist jedem dynamisch-aktiven Schwingungstilger pro Bewegungsrichtung mindestens ein Beschleunigungssensor zugeordnet.
Ganz besonders bevorzugt ist die Behandlungshaupteinheit durch wenigstens den umlaufenden Teil einer rotierend angetriebenen Verschließmaschine zum Verschließen von Behältern gebildet und die Aufbaueinheit umfasst einen Verschließmaschinenaufbau, insbesondere eine Verschlusskappenzuführung oder einen Verschlusskappensortierer. Besonders bevorzugt ist der dynamisch-aktive Schwingungstilger bei dieser Ausführungsvariante an dem Verschließmaschinenaufbau angeordnet und ist insbesondere mit der Verschlusskappenzuführung und/oder dem Verschlusskappensortierer verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Auswerte- und Steuereinheit dazu ausgebildet, von dem Beschleunigungssensor erfasste Daten zu empfangen und zu verarbeiten und auf Grundlage der empfangenen und verarbeiteten Daten entsprechende Steuersignale zur Steuerung des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers zu berechnen und an den dynamisch-aktiven Schwingungstilger auszugeben.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Behandeln von Behältern in einer Vorrichtung, wobei die Vorrichtung zumindest eine an einem tragenden Ende angeordnete und als feststehendes Maschinenteil ausgebildete Trageinheit, zumindest eine an einem, gegenüberliegenden freien Ende angeordnete und als freiendseitiges Maschinenteil ausgebildete Aufbaueinheit sowie zumindest eine zwischen der Trageinheit und der Aufbaueinheit angeordnete und als bewegliches Maschinenteil ausgebildete Behandlungshaupteinheit aufweist. Im Behandlungsbetrieb der Vorrichtung wird bei der Behandlung der Behälter von dem einen Schwingungsquellbereich bildenden Behandlungshaupteinheit eine Schwingung erzeugt. Die von der Behandlungshaupteinheit ausgehende Schwingung wird gemäß dem Verfahren mittels einer vorgesehenen Schwingminderungseinrichtung durch Piezo-gekoppelte Resonanzschwingung kompensiert.
Bevorzugt werden entsprechende Messdaten über die von der Behandlungshaupteinheit ausgehende Schwingung mittels eines mit einem der Maschinenteile der Vorrichtung gekoppelten Beschleunigungssensors erfasst. Ferner werden die von dem Beschleunigungssensor erfassten Daten an eine mit dem Beschleunigungssensor kommunizierend verbundene Auswerte- und Steuereinheit übertragen und dort verarbeitet. Basierend auf den übertragenen, verarbeiteten Daten werden in der Auswerte- und Steuereinheit Steuersignale erzeugt und zur Steuerung eines mit einem der Maschinenteile der Vorrichtung gekoppelten dynamisch-aktiven Schwingungstilgers an diesen ausgegeben, um den dynamisch-aktiven Schwingungstilger in entsprechende Resonanzschwingung zu versetzen und dadurch die Schwingung bei der Vorrichtung zu kompensieren, insbesondere an demjenigen Maschinenteil der Vorrichtung, an das der dynamisch-aktive Schwingungstilgers gekoppelt ist.
Gemäß einer bevorzugten Variante wird von dem Beschleunigungssensor eine Schwingungsfrequenz der von der Behandlungshaupteinheit ausgehenden Schwingung erfasst und das Steuersignal wird in Abhängigkeit der von dem Beschleunigungssensor erfassten Schwingungsfrequenz berechnet und ausgegeben, um eine Frequenz der Resonanzschwingung des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers an die Schwingungsfrequenz der von der Behandlungshaupteinheit ausgehenden Schwingung anzupassen.
Ebenso bevorzugt wird die Schwingungsfrequenz an der Trageinheit und/oder der Aufbaueinheit gemessen und die Resonanzschwingung des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers wirkt direkt oder indirekt auf die Aufbaueinheit, um die Schwingung der Aufbaueinheit zu kompensieren. Im Falle einer als Verschließmaschine ausgebildeten Vorrichtung, wird die Schwingungsfrequenz beispielsweise an der Trageinheit oder dem Verschließmaschinenaufbau, insbesondere an der Verschlusskappenzuführung und/oder an dem Verschlusskappensortierer gemessen und die Resonanzschwingung des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers wirkt direkt oder indirekt auf eben diese Bauteile, nämlich auf die Verschlusskappenzuführung und/oder auf den Verschlusskappensortierer.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine grob schematisch skizzierte Ansicht einer Ausführungsvariante einer durch eine Verschließmaschine zum Verschließen von Behältern gebildete Vorrichtung zum Behandeln von Behältern,
2 eine weitere schematische Ansicht der Vorrichtung zum Behandeln von Behältern gemäß 1,
3 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung der 2,
4a eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines dynamisch-aktiven Schwingungstilgers und
4b eine Ausführungsform eines dynamisch-aktiven Schwingungstilgers in Draufsicht.

In den 1 und 2 ist in einer jeweils schematischen Ansicht eine beispielhafte Ausführungsvariante einer Vorrichtung 1 zum Behandeln von Behältern dargestellt. 3 zeigt die Vorrichtung 1 der 2 in einer perspektivischen Darstellung. Die beispielhafte Vorrichtung 1 ist somit als komplexe Anlage zum Behandeln von Behältern ausgebildet bzw. bildet einen Teil oder Abschnitt einer solchen Anlage und ist als Maschine mit getakteten Arbeitsstationen zu verstehen, wobei die Arbeitsstationen über geeignete Transportstrecken bzw. Förder- oder Transporteinrichtungen miteinander in Verbindung stehen, und zwar derart, dass die zu behandelnden Behälter zwischen den Arbeitsstationen bewegt werden können und die Arbeitsstationen durchlaufen bzw. zu- und abgeführt werden können. Im Beispiel der 1 bis 3 ist die Vorrichtung 1 durch eine in unmittelbarer räumlicher Nachbarschaft mit einer Füllmaschine 14 angeordnete, beispielsweise mit dieser verblockten Verschließmaschine 15 zum Verschließen von Behältern gebildet.
Die zu behandelnden, insbesondere zu verschließenden Behälter können in der die Vorrichtung 1 umfassenden Anlage transportiert, befüllt und schließlich verschlossen werden und durchlaufen die Anlage in einer Behandlungsrichtung R, wobei die Behälter mittels entsprechend vorgesehener Transport- oder Fördereinrichtungen zu der Füllmaschine 14 hin transportiert und an einer Einlaufstelle der Anlage mittels Übergabeeinrichtungen, z. B. mittels entsprechender Übergabesterne an die rotierend angetriebene Füllmaschine 14 zum Befüllen übergeben werden. Während des Befüllens werden die Behälter in der Füllmaschine 14 mit deren Rotation auf einer kreisförmigen Umlaufstrecke bewegt und schließlich mittels weiterer Übergabeeinrichtungen an die Verschließmaschine 15 übergeben.
Bei der dargestellten Vorrichtung 1 ist an einem unteren, tragenden Ende 2 eine als feststehendes Maschinenteil ausgebildete Trageinheit 3 vorgesehen, die ein tragendes Maschinenunterteil bildet, welches als Stand- oder Verankerungsstruktur bzw. als Tragstruktur oder Traggestell ausgebildet ist und auf festem, ruhendem Untergrund, insbesondere auf einem Hallenboden aufsteht bzw. ruht. Auf dieser Trageinheit 3 lastend bzw. lagernd, weist die Vorrichtung 1 ferner eine Behandlungshaupteinheit 6 und eine Aufbaueinheit 5 auf.
Die Aufbaueinheit 5 ist dabei als freiendseitiges Maschinenteil ausgebildet und ist an einem dem tragenden Ende 2 gegenüberliegenden oberen, freien Ende 4 der Vorrichtung 1 vorgesehen. Im dargestellten Beispiel handelt es sich bei der Aufbaueinheit 5 um einen Verschließmaschinenaufbau 16, insbesondere um eine Verschlusskappenzuführung und/oder einen Verschlusskappensortierer bekannter Art. Ein derartiger Verschließmaschinenaufbau 16 verfügt bekanntermaßen über sich nach oben erstreckende und/oder auskragende Bauteile. Beispielsweise sind dabei auch Vorratsbehälter für Verschlusskappen, Verschlusskappenwender oder Verschlusskappenorientiervorrichtungen, Zuführkanäle bzw. -schienen oder dergleichen aufragende, auskragende Bauteile von einem derartigen Verschließmaschinenaufbau 16 umfasst.
Zwischen der Trageinheit 3 und der Aufbaueinheit 5 ist die als bewegliches, insbesondere rotierendes Maschinenteil ausgebildete Behandlungshaupteinheit 6 angeordnet. Im Beispiel der 1 bis 3 ist die Behandlungshaupteinheit 6 durch eine bekannte, als Rundläufermaschine konfigurierte Verschließmaschine 15 gebildet, nämlich durch ein rotierend angetriebenes Karussell mit mehreren am Umfang angeordneten Verschließwerkzeugen.
Im Behandlungsbetrieb der Vorrichtung 1 bildet die Behandlungshaupteinheit 6, beispielsweise aufgrund der Rotation bei vorgegebener Rotationsgeschwindigkeit und/oder aufgrund der Taktung bzw. aufgrund des Maschinentakts einen Schwingungsquellbereich, an dem Schwingungen oder Vibrationen erzeugt werden und von dem ausgehend diese Schwingungen oder Vibrationen an die weiteren Maschinenteile übertragen werden. Insbesondere für die sich weit nach oben hin erstreckende, auskragende Aufbaueinheit 5 sind derartige, von dem Schwingungsquellbereich der Behandlungshaupteinheit 6 ausgehende Schwingungen besonders schwerwiegend, da sich die Amplitude der Schwingungen oder Vibrationen mit dem Maße der Auskragung verstärkt. Um derartige Schwingungen oder Vibrationen zu mindern bzw. zu kompensieren oder tilgen, ist die Vorrichtung 1 daher mit einer Schwingminderungseinrichtung ausgestattet, welche die Schwingungen mittels Piezo-gekoppelter Resonanzschwingung kompensiert.
Insbesondere werden dadurch die auf die Maschinenteile, beispielsweise auf die Aufbaueinheit 5, insbesondere auf den Verschließmaschinenaufbau 16 einwirkenden Schwingungen und Vibrationen, nämlich die an den Maschinenteilen selbst auftretenden Schwingungen und Vibrationen, die schädlich für deren Funktion sind und deren Lebensdauer verringern, wirksam kompensiert bzw. eliminiert. Insbesondere wirkt die Kompensation genau dort ein, wo die schädlichen Schwingungen und Vibrationen auftreten.
Die Schwingminderungseinrichtung umfasst einen mit der Aufbaueinheit 5 gekoppelten dynamisch-aktiven Schwingungstilger 7, der im dargestellten Beispiel mit dem Verschließmaschinenaufbau 16 verbunden ist. Die Schwingminderungseinrichtung umfasst ferner einen Beschleunigungssensor 8, der im dargestellten Beispiel ebenfalls im Bereich des Verschließmaschinenaufbaus 16 angeordnet ist. Der dynamisch-aktive Schwingungstilger 7 und der Beschleunigungssensor 8 sind mit einer ferner vorgesehenen Auswerte- und Steuereinheit 9 kommunizierend verbunden.
Durch die Anordnung des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers 7 am Verschließmaschinenaufbau 16 wirkt die Schwingungskompensation bei dem dargestellten Beispiel somit unmittelbar an den besonders kritischen oder neuralgischen Stellen der Vorrichtung 1, nämlich an der von den Schwingungen besonders belasteten Aufbaueinheit 5.
Im dargestellten Beispiel ist der dynamisch-aktive Schwingungstilger 7 fest und starr mit an der Aufbaueinheit 5 befestigten, auskragenden Bauteilen verbunden und ist daher über diese Bauteile an die Aufbaueinheit 5 gekoppelt. Vorliegend kann dies auch als mittelbare Verbindung oder Kopplung an das durch die Aufbaueinheit 5 gebildete, freiendseitige Maschinenteil verstanden werden. Es versteht sich, dass auch eine direkte, unmittelbare Kopplung des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers 7 am freiendseitigen Maschinenteil vorgesehen sein kann.
Der dynamisch-aktive Schwingungstilger 7 ist bevorzugt in Form eines Biegeschwingers, insbesondere als Feder-Masse-System ausgebildet und wird nachstehend anhand der 4a und 4b näher erläutert. Die 4a zeigt dabei einen dynamisch-aktiven Schwingungstilger 7 in seitlicher Ansicht und die 4b in einer Draufsicht von oben.
Der dynamisch-aktive Schwingungstilger 7 umfasst eine Blattfeder 10, welche auch als Biegefeder bezeichnet werden kann, sowie ein mit der Blattfeder 10 an deren freiem Ende 11 verbundenes Masseelement 12. Bei dem in den 4a, 4b beispielhaft dargestellten dynamisch-aktiven Schwingungstilger 7 sind vier Blattfedern 10 und damit einhergehend auch vier Masseelemente 12 vorgesehen. Die Masseelemente 12 sind so genannte Inertialmassen und sind über die in einem Kopplungsbereich 17 des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers 7 befestigten Blattfedern 10 mechanisch an das zu tilgende System gekoppelt.
Auf jeder Blattfeder 10 ist ein Piezoelement 13 befestigt. Das Piezoelement 13 ist vorzugsweise durch eine piezoelektrische Platte bzw. durch einen piezoelektrischen Patch gebildet und ist auf der Blattfeder 10 aufgeklebt. Je nach Art und Ausbildung der Blattfeder, insbesondere in Abhängigkeit der Biegesteifigkeit oder einer vorgegebenen Krümmung kann das Piezoelement 13 beispielsweise auch in Form einer Piezofolie, z.B. aus PVDF, ausgebildet sein. Die piezoelektrischen Platten 13 bzw. Patches können durch Anlegen einer Wechselspannung dazu benutzt werden, ein Biegemoment einzubringen. Die an der Blattfeder 10 befestigten Masseelemente 12 werden dabei in einer Biegerichtung B ausgelenkt, was vorliegend auch als Kompensationsschwingung verstanden werden kann. Der vorliegende dynamisch-aktive Schwingungstilger 7 ist daher insbesondere auch geeignet, als Schwingungserreger gezielt Gegenkräfte in eine Struktur einzubringen. Gleichzeitig kann ein Biegemoment der Struktur zu einer elektrischen Spannung führen, wobei die freie Ladung der Piezokeramik durch Anlegen einer externen Impedanz abgeleitet werden kann. Durch geeignete Schaltkreise kann dabei dem zu tilgenden System Schwingungsenergie entzogen werden.
Bei einem wie in den 4a und 4b skizzierten dynamisch-aktiven Schwingungstilger 7 absorbiert dieser in seiner mechanischen Eigenfrequenz die Anregung der Grundstruktur und kann durch gegenphasige Beschleunigung der Masseelemente 12 Schwingungen der Vorrichtung 1 kompensieren. Vorzugsweise wird eine Veränderung der zu tilgenden Schwingung, beispielsweise eine Veränderung der Schwingungsfrequenz durch den Beschleunigungssensor 8 erfasst.
Mittels der bei der Schwingminderungseinrichtung vorgesehenen Auswerte- und Steuereinheit 9 kann dann eine Anpassung der Eigenfrequenz des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers 7 erfolgen, beispielsweise über eine Beschleunigungsrückführung der Masseelemente 12, so dass der dynamisch-aktive Schwingungstilger 7 stets in seiner optimalen Tilgungsfrequenz arbeiten kann.
Oberhalb seiner Eigenfrequenz kann der dynamisch-aktive Schwingungstilger 7 auch als Inertialmasseerreger eingesetzt werden, wobei über das durch das Piezoelement 13 eingeleitete Moment eine Kraft wirkt, durch die eine gezielte Kompensation der Erregung möglich ist. Ein entsprechend angepasstes Kompensationssignal wird wiederum von der Auswerte- und Steuereinheit 9 berechnet und ausgegeben.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Behandeln von Behältern
2: tragendes Ende
3: Trageinheit
4: freies Ende
5: Aufbaueinheit
6: Behandlungshaupteinheit
7: dynamisch-aktiver Schwingungstilger
8: Beschleunigungssensor
9: Auswerte- und Steuereinheit
10: Blattfeder
11: freies Ende
12: Masseelement
13: Piezoelement
14: Füllmaschine
15: Verschließmaschine
16: Verschließmaschinenaufbau
17: Kopplungsbereich
B: Biegerichtung
R: Behandlungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2574886 A2 [0012]

Claims

Vorrichtung (1) zum Behandeln von Behältern, aufweisend zumindest eine an einem tragenden Ende (2) angeordnete und als feststehendes Maschinenteil ausgebildete Trageinheit (3), zumindest eine an einem, gegenüberliegenden freien Ende (4) angeordnete und als freiendseitiges Maschinenteil ausgebildete Aufbaueinheit (5) sowie zumindest eine zwischen der Trageinheit (3) und der Aufbaueinheit (5) angeordnete und als bewegliches Maschinenteil ausgebildete Behandlungshaupteinheit (6), wobei die Behandlungshaupteinheit (6) im Behandlungsbetrieb einen eine Schwingung erzeugenden Schwingungsquellbereich bildet und wobei die Vorrichtung mit einer Schwingminderungseinrichtung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingminderungseinrichtung zumindest einen mit einem der Maschinenteile gekoppelten dynamisch-aktiven Schwingungstilger (7), zumindest einen mit einem der Maschinenteile gekoppelten Beschleunigungssensor (8) und wenigstens eine mit dem Beschleunigungssensor (8) und dem dynamisch-aktiven Schwingungstilger (7) kommunizierend verbundene Auswerte- und Steuereinheit (9) aufweist, wobei die Schwingminderungseinrichtung die vom Schwingungsquellbereich ausgehenden und bei zumindest einem der Maschinenteile auftretenden Schwingungen mittels Piezo-gekoppelter Resonanzschwingung kompensiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dynamisch-aktive Schwingungstilger (7) als Biegeschwinger ausgebildet und insbesondere durch ein Feder-Masse-System gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dynamisch-aktive Schwingungstilger (7) eine oder mehrere Blattfedern (10) umfasst, wobei an jeder Blattfeder (10) im Bereich eines freien Endes (11) zumindest ein Masseelement (12) angeordnet ist und wobei an jeder Blattfeder (10) beabstandet zum freien Ende (11) zumindest ein Piezoelement (13) befestigt, insbesondere aufgeklebt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingminderungseinrichtung in Form einer adaptiven, frequenzveränderlichen Schwingminderungseinrichtung ausgebildet ist und einen adaptiven, frequenzveränderlichen Schwingungstilger (7) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dynamisch-aktive Schwingungstilger (7) und der Beschleunigungssensor (8) an verschiedenen Maschinenteilen angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dynamisch-aktive Schwingungstilger (7) und der Beschleunigungssensor (8) an demselben Maschinenteil angeordnet sind, wobei der dynamisch-aktive Schwingungstilger (7) und der Beschleunigungssensor (8) an räumlich benachbarten oder an entfernt liegenden Stellen des Maschinenteils befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungshaupteinheit (6) als rotierendes Maschinenteil und die Aufbaueinheit (5) als nicht-rotierendes Maschinenteil ausgebildet ist, wobei der dynamisch-aktive Schwingungstilger (7) direkt oder über ein weiteres Bauteil indirekt mit der nicht-rotierenden Aufbaueinheit (5) oder der feststehenden Trageinheit (3) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinheit (3) durch ein auf dem Boden ruhendes Unterteil und die Aufbaueinheit (5) durch ein aufbauendes und/oder auskragendes Oberteil gebildet ist, wobei der dynamisch-aktive Schwingungstilger (7) mit dem Unterteil verbunden und in räumlicher Anordnung auf einem Höhenniveau zwischen der Trageinheit (3) und der den Schwingungsquellbereich bildenden Behandlungshaupteinheit (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (8) räumlich getrennt vom dynamisch-aktiven Schwingungstilger (7) mit dem Unterteil verbunden ist, wobei der Beschleunigungssensor (8) in räumlicher Anordnung auf einem Höhenniveau zwischen dem Beschleunigungssensor (8) und der den Schwingungsquellbereich bildenden Behandlungshaupteinheit (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere dynamisch-aktive Schwingungstilger (7) vorgesehen sind und/oder dass mehrere Beschleunigungssensoren (8) vorgesehen sind, wobei jedem dynamisch-aktiven Schwingungstilger (7) ein oder mehrere Beschleunigungssensoren (8) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungshaupteinheit (6) durch wenigstens eine rotierend angetriebene Verschließmaschine (15) zum Verschließen von Behältern gebildet ist und die Aufbaueinheit (5) einen Verschließmaschinenaufbau, insbesondere eine Verschlusskappenzuführung und/oder einen Verschlusskappensortierer umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dynamisch-aktive Schwingungstilger (7) an dem Verschließmaschinenaufbau angeordnet, insbesondere mit der Verschlusskappenzuführung und/oder dem Verschlusskappensortierer verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (9) dazu ausgebildet ist, von dem Beschleunigungssensor (8) erfasste Daten zu empfangen und zu verarbeiten und auf Grundlage der empfangenen und verarbeiteten Daten entsprechende Steuersignale zur Steuerung des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers (7) zu berechnen und an den dynamisch-aktiven Schwingungstilger (7) auszugeben.
Verfahren zum Behandeln von Behältern in einer Vorrichtung (1), wobei die Vorrichtung (1) zumindest eine an einem tragenden Ende (2) angeordnete und als feststehendes Maschinenteil ausgebildete Trageinheit (3), zumindest eine an einem, gegenüberliegenden freien Ende (4) angeordnete und als freiendseitiges Maschinenteil ausgebildete Aufbaueinheit (5) sowie zumindest eine zwischen der Trageinheit (3) und der Aufbaueinheit (5) angeordnete und als bewegliches Maschinenteil ausgebildete Behandlungshaupteinheit (6) aufweist, wobei im Behandlungsbetrieb der Vorrichtung (1) bei der Behandlung der Behälter von der einen Schwingungsquellbereich bildenden Behandlungshaupteinheit (6) eine Schwingung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet dass die von der Behandlungshaupteinheit (6) ausgehende und bei zumindest einem der Maschinenteile auftretende Schwingung mittels einer vorgesehenen Schwingminderungseinrichtung durch Piezo-gekoppelte Resonanzschwingung kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Messdaten über die von der Behandlungshaupteinheit (6) ausgehende Schwingung mittels eines mit einem der Maschinenteile der Vorrichtung (1) gekoppelten Beschleunigungssensor (8) erfasst werden, dass die von dem Beschleunigungssensor (8) erfassten Daten an eine mit dem Beschleunigungssensor (8) kommunizierend verbundene Auswerte- und Steuereinheit (9) übertragen und dort verarbeitet werden, dass basierend auf den übertragenen, verarbeiteten Daten in der Auswerte- und Steuereinheit (9) Steuersignale erzeugt und zur Steuerung eines mit einem der Maschinenteile der Vorrichtung (1) gekoppelten dynamisch-aktiven Schwingungstilgers (7) an den dynamisch-aktiven Schwingungstilger (7) ausgegeben werden, um den dynamisch-aktiven Schwingungstilger (7) in entsprechende Resonanzschwingung zu versetzen und dadurch die Schwingung zu kompensieren, insbesondere an demjenigen Maschinenteil der Vorrichtung (1), an dem der dynamisch-aktive Schwingungstilgers (7) gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Beschleunigungssensor (8) eine Schwingungsfrequenz der von der Behandlungshaupteinheit (6) ausgehenden Schwingung erfasst wird und dass das Steuersignal in Abhängigkeit der von dem Beschleunigungssensor (8) erfassten Schwingungsfrequenz berechnet und ausgegeben wird, um eine Frequenz der Resonanzschwingung des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers (7) an die Schwingungsfrequenz der von der Behandlungshaupteinheit (6) ausgehenden Schwingung anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsfrequenz an der Trageinheit (3) und/oder der Aufbaueinheit (5) gemessen wird und dass die Resonanzschwingung des dynamisch-aktiven Schwingungstilgers (7) direkt oder indirekt auf die Aufbaueinheit (5) wirkt, um die Schwingung der Aufbaueinheit (5) zu kompensieren.