DE2342872C3 - Vorrichtung zum Aufschrauben von Schraubverschlüssen auf Flaschen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufschrauben von Schraubverschlüssen auf Flaschen mit mindestens einem an einer drehantreibbaren Verschließspindel angebrachten Verschließkopf, der eine Mitnehmeinrichtung aufweist, welche die Drehbewegung der Verschließspindel auf den aufzuschraubenden Verschluß überträgt, und wobei zwischen dem Drehantrieb der Verschließspindel und dem Mitnehmer eine das auf den Verschluß ausgeübte Drehmoment begrenzende Kupplung vorgesehen ist, deren treibendes Glied das getriebene Glied über eine Mehrzahl von im Abstand von der Mitte über den Umfang verteilten RoIikörpern mitnimmt, welche an einem der Glieder gelagert sind, in das andere Glied eingreifen und von den mit ihnen drehmomentübertragend zusammenwirkenden Oberflächenteilen des anderen Gliedes bei Überschreiten des Grenzdrehmomentes unter Relativdrehung zwischen den Gliedern gegen Federwirkung zurückgedrückt werden können, so daß sie außer Eingriff mit den drehmomentübertragenden Oberflächenteilen des anderen Gliedes kommen.

Flaschen, d>e ir. sehr großer Stückzahl mit Wiederverschlüssen versehen werden müssen, wie z. B. ErfrischungsgeträRkeflaschen, werden in zunehmendem Umfang mit dem sogenannten Pilferproofverschluß aus Metall versehen. Dieser wird auf die Flasche aufgesetzt und dann angerollt. Bei derartigen Verschlüssen ist jedoch die Gefahr von Glasbruch beim maschinellen Anrollen nicht auszuschließen.

Aus diesem Grund werden häufig vorgefertigte Schraubverschlüsse, insbesondere eus Kunststoff, bevorzugt, die auf die Flaschen nach dem Abfüllen aufgeschraubt werden müssen. Es ist bekannt, aus dem Deutschen Gebrauchsmuster 7 148 902, zum Aufschrauben von Schraubverschlüssen auf Flaschen einen an einer drehantreibbaren Verschließspindel befestigbaren Verschließkopf zu verwenden, der an dem der Verschließ-, spindel gegenüberliegenden Ende einen Aufnehmer für den jeweils aufzuschraubenden Verschluß aufweist, wobei am Aufnehmer mindestens ein Mitnehmer angeordnet ist, der die Drehbewegung des Verschließkopfes auf den Verschluß überträgt. Das auf den Verschluß vom Mitnehmer ausgeübte Drehmoment soll hierbei durch eine Rutschkupplung begrenzt werden, welche zwischen dem Drehantrieb der Verschließspindel und dem Mitnehmer vorgesehen ist. Die Rutschkupplung besteht im wesentlichen aus einem mit der antreibbaren Verschließspindel fest verbundenen Ring und einem an dem Gehäuse des Aufnehmers festgelegten weiteren Ring, der axial Ausnehmungen aufweist, in welche Kugeln eingreifen, die in Axialbohrungen des mit der Ver schließspindel verbundenen ersten Rings axial gegen den Druck von in den Axialbohrungen sitzenden Federn verschiebbar sind. Die Federn sind an axial verschiebbaren Stiften abgestützt, die sich ihrerseits axial an einem ihnen gemeinsamen Verstellring abstützen, durch dessen axiale Verstellung die Federkraft und da mit das durch die Rutschkupplung übertragbare Grenzdrehmoment eingestellt werden können. Wenn das Grenzdrehmoment erreicht wird, geben die Kugeln ge gen die Wirkung der Federn in Axialrichtung ruch und rutschen dadurch aus den Ausnehmungen des diese aufweisenden Ringes heraus.

Beim Herausrutschen der Kugeln aus den Ausnehmungen geht das vom Mitnehmer auf den Verschluß ausgeübte Drehmoment schlagartig auf den Wert Null zurück, ändert dann beim Einfallen der Kugeln in die jeweils nächste Ausnehmung seine Richtung und springt dann wieder in die Ursprungsrichtung um. Unter dem Einfluß der hierbei auftretenden Massenkräfte, von Schwingungen und von Fertigungsungenauigkeiten schwankt hierbei das Grenzdrehmoment stark und die Verschlüsse werden ungleich angezogen. Das ist nachteilig, da der Verschluß einerseits dicht sitzen, andererseits aber leicht zu öffnen sein muß. was wiederum ein

genaues Einhalten des Grenzdrehmoments bedingt

Die Erfindung schafft eine Verschließvorrichtung, bei der eine verbesserte Übertragung &5S Drehmoments von der angetriebenen Verschließspindel auf den Schraubverschluß erreicht wird und das Grenzdrehmo_ment wesentlich genauer eingehalten werden kann als bei dem bekannten Verschluß.

Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die LagerstsHen der Rollkörper oder ihnen äquivalenter Gleitkörper derart abweichend von Verlauf und/oder Anordnung der drehmomentübertragenden Oberflächenteile des anderen Gliedes über den Umfang verteilt sind, daß immer nur eine an der Gesamtzahl der Rollkörper gemessen kleine Anzahl von Rollkörpern gleichzeitig außer Eingriff mit dem jeweiligen drehmomentübertragenden Oberflächenteil des anderen Gliedes kommt. Da Rollkörper gegenüber Gleitkörpern be vorzugt werden, wird nachfolgend nur von Rollkörpern gesprochen, obwohl die Erfindung auch die Verwendung von Gleitkörpern umfaßt.

Durch die Ausbildung gemäß der Erfindung wird erreicht, daß beim Durchrutschen der Kupplung unter dem Einfluß des Grenzdrehmomentes das Drehmoment nicht auf Null absinkt, sondern nur um einen relativ kleinen Bruchteil, der im wesentlichen gleich dem Verhältnis der Zahl der Rollkörper, die gleichzeitig außer Fingriff mit dem anderen Kupplungsglied kommen, zur Gesamtzahl der Rollkörper ist. Man erkennt hieraus, daß vorteilhaft die Zahl der Rollkörper möglichst groß gehalten wird und die Zahl der Rollkörper, die auf einmal außer Eingriff kommen, möglichst klein gehalten wird; vorteilhaft kommt nur ein einziger Rollkörper auf einmal außer Eingriff mit dem anderen Glied der Kupplung.

Eine Kupplung gemäß der Erfindung kann unterschiedlich ausgebildet sein. So können die drehmomentübertragenden Oberflächenteile in Form einer flachen Sägezahnung verlaufen, deren Teilung von der Teilung der Rollkörper verschieden ist. Die drehmomentübertragende Oberfläche kann dabei in die sie umgebenden Bereiche des entsprechenden Kupplungsteiles eingelassen sein oder auch aus dieser hervorragen. Wesentlich ist nur. daß bei gleichmäl¹ ^er Teilung der Anordnung der Rollkörper die Sägezahnteilung entsprechend ungleichmäßig gewählt wird oder bei gleichmäßiger Sägezahnteilung die Verteilung der Rollkörper über den Umfang des anderen Kupplungsgliedes entsprechend abweicht.

Bevorzugt verlaufen jedoch die drehmomentübertragenden Oberflächenteile des nicht die kollkrtrper tragenden Kupplungsgliedes in Form einer flach ansteigenden Rampe oder Rinne, die nach ihrem höchsten Punkt verhältnismäßig steil wieder zu ihrem tiefsten Punkt abfällt. Hierbei kann man den Übergang vom höchsten Punkt zum tiefsten Punkt sehr kurz halten, so daß selbst bei sehr dichter Anordnung der Rollkörper immer nur einer auf dem höchsten Punkt aufreitet, in welchem er kein Drehmoment überträgt. Alle anderen Rollkörper liegen an der schräg ansteigenden Fläche der Rampe oder Rinne an und übertragen hierdurch das Drehmoment. Soll ein relativ starkes Drehmoment übertragen werden, so muß hier die Federspannung, mit welcher die Rollkörper gegen das andere Kupplungsglied gedrückt werden, entsprechend hoch gewählt werden. Das Übertragungsverhalten der Kupplung kann auch noch durch entsprechende Wahl der Federkonstanten der die Rollkörper gegen c'as andere Kupplungsglied drückenden Federn beeinflußt werden.

Wie bei der eingangs als bekannt vorausgesetzten Vorrichtung ist bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung vorteilhaft jeder Rollkörpei mit einer gesonderten ihn andrückenden Feder versehen.

Die Kupplung gemäß der Erfindung kann beispielsweise so ausgebildet sein, daß das eine Kupplungsglied von einer flachen Zylindersclieibe gebildet ist, welche an ihrer Umfangsfläche die Rampe oder Rinne oder die entsprechende Sägezahnung trägt In diesem Falle muß das andere Kupplungsglied die flache Scheibe umgeben und trägt vorteilhaft in Radialbohrungen gegen Federdruck nach außen verschiebbar gelagert die Rollkörper. Bevorzugt wird jedoch eine Anordnung, bei welcher die Rollkörper in Axialrichtung verlagerbar in ihrem Kupplungsglied gelagert sind und die Rampe bzw. der Rinnengrund in Axialrichtung ansteigen., wie dies auch im nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.

Die Rollkörper sind vorzugsweise Kugeln. Dem Grunde nach sind jedoch auch je nach Ausbildung der Kupplung Zylinderrollen oder Kegelrollen möglich.

Vorteilhaft ist das Grenzdrehmoment durch Vergrößern bzw. Verkleinern der auf die Rollkörper wirkenden Federkraft einstellbar. Zu diesem Zweck können beispielsweise die Widerlager der Federn verstellbar sein.

Bevorzugt steigt die Rampe oder Rinne gleichmäßig an. Das verringert die Ungleichmäßigkeit des übertragenden Drehmoments beim Durchrutschen der Kupplung und erleichtert die Fertigung.

Die Rampe oder Rinne erstreckt sich vorzugsweise über fast den gesamten Umfang, so daß nur ein sehr kurzer Bereich vorhanden ist, in welchem jeweils vorzugsweise nur eine Kugel gleichzeitig in ihrer kein Drehmoment übertragenden Lage relativ zum anderen Kupplungsgüed ist.

Die Rollkörper sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des sie tragenden Kupplungsgliedes verteilt.

Zum Verstellen der Kraft der Federn, die auf die Rollkörper wirken, können die Widerlager der Federn in ihrer Ausnehmung verschiebbare Stifte sein, welche an einem aus der Kupplung herausragenden und gegenüber dieser schraubverstellbaren Einstellglied anliegen.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Kupplung kann z. B. in der den Verschließkopf tragenden Spindel angeordnet sein. Vorzugsweise befindet sich die Kupplung jedoch im Verschließkopf seibst oder unmittelbar zwischen dem eigentlichen Verschließkopf und der Spindel. Je näher die Kupplung an der Mitnehmereinrichtung des Verschließkopfes angebracht ist, um so geringer sind die zusätzlich mitwirkenden Massenkräfte des von der Kupplung mitgenommenen Teiles.

Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verschließkopfes gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von dessen in der Zeichnung dargestelltem bevorzugtem Ausführungsbeispiel hervor. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Verschließkopf im Axialschnitt,

F i g. 2 ein Detail dieses Verschließkopfes in Draufsicht.

Der gezeigte Verschließkopf besitzt einen Aufnehmer 1 mit einer zur Aufnahme eines nicht dargestellten Schraubverschlusses aus Kunststoff (Verschlußkappe) dienenden Vertiefung 3, welche sich an ihrem unteren Rand bei 4 konisch erweitert, so daß der napfförmige

Aufnehmer 1 des VerschlieBkopfes mit seiner Vertiefung 3 leicht auf die auf der (nicht dargestellten) Flasche sitzenden Verschlußkappe aufgeschoben werden kann und ein Zentrieren möglich ist. Der Innendurchmesser der Vertiefung 3 ist geringfügig größer als der maximale Außendurchmesser der Verschlußkappe. Nach oben wird die Vertiefung 3 von einem Anschlagteller 5 begrenzt, der von einem Bolzen 6 getragen ist, welcher wiederum in einer zentralen Bohrung 7 des Aufnehmers 1 axial verschiebbar gelagert ist. Ein Ge- ₍₀ windestift 8 in einer Querbohrung des Aufnehmers 1 ragt in eine oben und unten geschlossene Axialnut 9 des Bolzens 6, wodurch ein Verdrehen oder Herunterfallen des Bolzens 6 bzw. des daran befestigten Tellers 5 verhindert wird. Der Außendurchmesser des Tellers 5 |₅ ist geringer gehalten als die lichte Weite der zylindrischen Vertiefung 3.

Eine Druckfeder 10 ist bestrebt, den Teller 5 in seiner tiefsten Lage und damit den Verschluß auf der Flaschenöffnung zu halten. Der Weg des Tellers 5 ist nach unten durch das obere Ende der Nut 9 und nach unten durch deren unteres Ende begrenzt Vorzugsweise ist der Teller 5 eine auswechselbar am Bolzen 6 befestigte gehärtete Stahlscheibe.

Der Aufnehmer 1 besitzt drei Radialschlitze, in wel- · chen als Mitnehmer drei Plättchen 12 gelagert sind, die vorzugsweise aus gehärtetem Stahl bestehen. Die Plättchen 12 ragen in der aus der Zeichnung (Fig. 1) ersichtlichen Weise jeweils um etwa 1 mm in das Innere der Vertiefung 3. Diese in die Vertiefung 3 ragenden Teile der Plättchen 12 bilden die eigentlichen Mitnehmer. Die Plättchen 12 füllen die Schlitze, in denen sie angeordnet sind, fast ganz aus. Nahe ihrem oberen Ende besitzen sie Einkerbungen, welche mit einer Ringnut des Aufnehmers 1 fluchten. In der Ringnut liegt ein Sprengring 13, welcher dadurch, daß er sich auch durch die Kerben der Plättchen 12 erstreckt eine Schwenkachse für letztere bildet Am radial inneren und oberen Ende der Plättchen 12 sind diese mit einem Radius abgerundet dessen Mittelpunkt mit der Mittellinie des Sprengringes 13 wenigstens annähernd zusammenfällt Dieser Radius ist gleich der Breite der Plättchen 12, so daß die Plättchen um die Mittellinie des Sprengringes 13 schwenken können, aber, solange sie nicht sehr weit ausgeschwenkt sind, nicht herausfallen können. Die Plättchen 12 erstrecken sich über den Sprengring 13 nach oben um ein geringeres Maß als ihre Breite, so daß sie nach entsprechend weitem nach außen Herausschwenken herausgenommen und wieder eingehängt werden können, wodurch ein Austausch erleichtert so wird und auch Verschlüsse mit beliebig geformten Schultern verwendet werden können.

Nahe dem unteren Ende des Aufnehmers 1 und der Plättchen 12 sind zwei weitere Ringnuten im Aufnehmer vorgesehen, die sich auch durch die Plättchen 12 fortsetzen. In diesen Ringnuten liegt je ein elastischer Gummiring 14 oder eine feine, in sich geschlossene Schraubenfeder. Gummiring oder Schraubenfeder haben das Bestreben, die Plättchen 12 in der in F i g. 1 gezeigten Lage zu halten.

Zur Begrenzung des vom Verschließkopf auf den Verschluß beim Aufschrauben ausgeübten Drehmoments ist eine Kupplung vorgesehen, welche die Oberschreitung eines maximalen Grenzdrehmomentes nicht zuläßt aber auch beim »Durchrutschen« der Kupplung ein nur wenig verringertes Drehmoment auf den Verschluß überträgt Die Kupphing weist einen mittels einer Schraube 15 auf einen verengten Hals des Aufnehmers 1 befestigten Kupplungsring 16 auf, der das getriebene Kupplungsglied darstellt. Der Kupplungsring 16 besitzt auf seiner Oberseite eine im Drehsinn (Pfeil in Fig.2) gleichmäßig ansteigende Rille 16', in welche Kupplungskugeln 17 des treibenden Kupplungsgliedes 21 eingreifen. Die Rille 16' verläuft entlang einer Schraubenlinie 17' und wird weiter unten an Hand von Fig.2 näher erläutert Jede der Kugeln 17 ist in einer von einer Mehrzahl gleichmäßig und konzentrisch über den Umfang verteilter Axialbohrungen 20 des treibenden Kupplungsgliedes 21 axial verschiebbar gelagert. In den Bohrungen 20 angeordnete Druckfedern 19 drücken über die Kugeln in den Bohrungen

20 lagernde Druckstücke 18 die Kugeln 17 gegen den schrägen Grund der Rille 16', so daß die Kugeln 17 bei Drehung des Kupplungsgliedes 21 in der entsprechenden Richtung den Kupplungsring 16 und damit den Aufnehmer 1 mitnehmen. Wie die Zeichnung erkennen läßt kann man die Kugeln 17 und die Druckstücke 18 durch in den Bohrungen 20 axial verschiebbare Stifte ersetzen, die mit der Form der Rille angepaßten Stirnfläche in der Rille gleiten. Kugeln werden jedoch bevorzugt Wird das Drehmoment zu groß, so beginnen die Kugeln in der Rille zu wandern, übertragen jedoch weiter ein Drehmoment Nur auf dem Bereich 39 des Kugelweges überträgt die jeweils dort befindliche Kugel kein Drehmoment Am oberen, mit der Verschließspindel (nicht dargestellt) indirekt fest verbundenen Kupplungsglied 21 ist der Aufnehmer 1 mit Hilfe zweier Kugellager 23 drehbar gelagert Er wird mittels einer Imbusschraube 24 und eines Ringes 25 am Herausfallen nach unten aus dem oberen Kupplungsteil 21 gehindert. Das obere Kupplungsteil 21 sitzt konzentrisch an einem Halteteil 26, an welchem es mittels Schrauben 27 befestigt ist

Zum Verstellen der Widerlager der Kupplungsfedern 19 sind in den Axialbohrungen 20 des Kupplungsteiles

21 Stifte 30 oberhalb der Federn 19 axial verschiebbar geführt Die Stifte 30 sind die Widerlager der Federn 19. Die oberen Enden der Stifte 30 liegen an einem Einstellteller 31 an, der mittels eines axial nach oben verlaufenden Gewindezapfens 32, welcher mit einem Außengewinde in eine Innengewindebohrung 33 des Halteteils 26 eingeschraubt ist durch Verdrehen in Axialrichtung verstellt werden kann, wodurch wieder um die Axiallage der Stifte 30 und damit die Kraft der Federn 19 verändert wird. Der Einstellteller 31 und der Gewindezapfen 32 sind aus einem Stück gefertigt.

Der Gewindezapfen 32, der zugleich der Verbindung des gesamten VerschlieBkopfes mh der nicht dargestellten Verschließspindel dient, ist mittels einer Kontermutter 34 gegen das Halteteil 26 konterbar. Auf den oberen Teil des Außengewindes der Gewindespindel 32 ist ein nicht dargestelltes Anschlußteil für die Verschließspindel aufschraubbar.

In F i g. 2 ist der Kupplungsring 16 in Draufsicht dargestellt, so daß die an dessen Oberfläche ausgenommene Rille 16' sichtbar ist, mit der die Kupplungskugeln 17 zusammenwirkea Der Grund der Rille 16' steigt von einem Ausgangspunkt 36 bis zu einem Endpunkt 37 gleichmäßig an. Der Grund der Rille 16' bildet eine Schraubenlinie, wobei der Winkelbereich zwischen dem Ausgangspunkt 36 und dem Endpunkt 37 beim in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 315° beträgt. Zwischen dem Endpunkt 37 und dem Ausgangspunkt 36 weist die ansonsten vom Grund der Rille 16' gebildete Fühnmgskurve 17* für die Kugeln 17 einen etwa horizontalen Obergangsteil 38 auf, von dem die

Kurve 17' bei 39 schroff aber ausgerundet bis zum Ausgangspunkt 36 abfällt. Entlang der Kurve 17' können bei den Abmessungen der Zeichnung beispielsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt zwölf Kugeln J7 angeordnet sein.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Verschließkopfes wird dieser rotierend von oben auf den Verschluß einer darunter befindlichen Flasche abgesenkt. Unterschiedliche Höhen der Flaschen können durch Nachgeben des Tellers 5 gegen die Wirkung der Feder 10 hierbei ausgeglichen werden. Beim Aufsetzen des Verschließkopfes auf den Verschluß werden zunächst die Mitnehmer 12 gegen die Wirkung der Ringfedern 14 radial nach außen gedruckt, bis sie in entsprechende

Axialnuten am Umfang des Verschlusses einrasten können. Sowie dies erfolgt ist, nehmen die Mitnehmer 12 den Verschluß sicher mit und schrauben ihn auf den Flaschenhals auf. Sobald der Verschluß fest aufgeschraubt ist, wächst das auf die Kupplung wirkende Drehmoment, bis auf das eingestellte Maximaldrehmotnent, worauf die Kupplung durchrutscht und die Drehbewegung des Aufnehmers und der damit verbundenen "Teile beendet wird. Nach einer bestimmten vorgegebenen Zeit, innerhalb der auf jeden Fall der Verschließvorgang beendet ist, kann der Verschließkopf wieder nach oben abgezogen werden, oder die verschlossene Flasche wird nach unten abgesenkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

r\ τ* μ. λ η r* r\ Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufschrauben von Schraubverschlüssen auf Flaschen mit mindestens einem an einer drehantreibbaren Verschließspindel angebrachten Verschließkopf, der eine Mitnehmeinrichtung aufweist, welche die Drehbewegung der Verschließspindel auf den aufzuschraubenden Verschluß überträgt, und wobei zwischen dem Drehan- trieb der Verschließspindel und dem Mitnehmer eine das auf den Verschluß ausgeübte Drehmoment begrenzende Kupplung vorgesehen ist, deren treibendes Glied über eine Mehrzahl von im Abstand von der Mitte über den Umfang verteilten Rollkörpem mitnimmt, welche an einem der Glieder gelagert sind, in das andere Glied eingreifen und von den mit ihnen drehmomentübertragend zusammenwirkenden Oberflächenteilen des anderen Gliedes bei Überschreiten des Grenzdrehmomentes unter Relativdrehung zwischen den Gliedern gegen Federwirkung zurückgedrückt werden können, so daß sie außer Eingriff mit den drehmomentübertragenden Oberflächenteilen des anderen Gliedes kommen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen der Rollkörper oder ihnen äquivalenten Gleitkörper derart abweichend von Verlauf und/oder Anordnung der drehmomentübertragenden Oberflächenteile des anderen Gliedes über den Umfang verteilt sind, daß immer nur eine an der Gesamtzahl der Gleit- oder Rollkörper gemessen kleine Anzahl von Gleit- oder Rollkörpern gleichzeitig außer Eingriff mit dem jeweiligen drehmomentübertragendsn Oberflächenteil des anderen Gliedes kommt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehmomentüberiragenden Oberflächenteile in Form einer flachen Sägezahnung verlaufen, deren Teilung von der Teilung der Gleitoder Rollkörper verschieden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehmomentübertragenden Oberflächenteile in Form einer flach ansteigenden Rampe oder Rinne verlaufen, die nach ihrem höchsten Punkt verhältnismäßig steil wieder zu ihrem tiefsten Punkt abfällt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleit- oder Rollkörper in Axialrichtung verlagerbar in ihrem Kupplungsglied gelagert sind und sich die Rampe bzw. der Rinnengrund in Axialrichtung erhebt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampe oder Rinne gleichmäßig ansteigt.

6. Vorrichtung narh einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleit- oder Rollkörper gleichmäßig über die Kurve verteilt sind.