DE3441850C2 - Verfahren zum Verschließen eines Behälters und Vorrichtung zum Aufschrauben eines Deckels auf eine Behälteröffnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen eines Behälters und eine Vorrichtung zum Aufschrauben eines Deckels auf eine Behälteröffnung nach den Oberbegriffen des Anspruchs 1 bzw. 2.

Existierende Vorrichtungen zum Anbringen von Verschlußkappen an Behältern weisen einen Drehtisch mit mehreren Behälter­ halterungen auf, die entlang des Umfangs des Drehtisches angeordnet sind. An den Behälterhalterungen entsprechenden Stellen befinden sich Deckelverschlußköpfe, die derart angetrieben werden, daß sie sich zusammen mit dem Drehtisch entlang einer Kreisbahn bewegen. Jeder Deckelverschlußkopf besitzt einen Deckelhalter, der in seinen Boden lösbar einen Deckel hält und so gedreht wird, daß der Deckel auf die Öffnung eines der vorbei laufenden Behälter aufge­ schraubt wird.

Eine Vorrichtung der oben angesprochenen Art wurde in der DE 33 36 041 A1 vorgeschlagen.

Aus der GB 483 645 ist es bekannt, beim Aufschrauben von Behälterverschlüssen mit einem relativ niedrigen Drehmoment zu beginnen, um in der Endphase des Verschließvorgangs das Drehmoment zu erhöhen. Hierdurch soll erreicht werden, daß der Deckel nach dem Verschrauben fest auf der Behälter­ öffnung sitzt.

Es hat sich nun gezeigt, daß vor dem Einleiten des Verschließ­ vorgangs, während also der Deckel in Richtung auf die Behälteröffnung abgesenkt wird, möglicherweise ein Verkippen des Deckels bezüglich der Behälteröffnung erfolgt, so daß das Gewinde des Deckels etwa bezüglich des Gewindes am Behälter geneigt ist und deshalb kein ordentlicher Eingriff zwischen diesen Gewinden stattfindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschließen eines Behälters mittels Deckels anzugeben, durch das beziehungsweise durch die erreicht wird, daß der Aufschraubvorgang des Deckels so eingeleitet wird, daß die Gewinde an Deckel und Behälter­ öffnung ordentlich miteinander in Eingriff stehen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 beziehungs­ weise die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 3 und 4 dargelegt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Transportwegs von noch nicht mit einem Deckel versehenen Behältern, die einer Vorrichtung zum Aufschrauben von Deckeln zugeführt werden, wobei die mit Deckel bestückten Behälter anschließend von der Verschließvorrichtung abgeführt werden,

Fig. 2 eine schematische, teilweise im Querschnitt ge­ zeigte Darstellung einer Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung zum Aufschrauben eines Deckels auf eine Behälteröffnung,

Fig. 3 eine teilweise schematische, teilweise geschnittene Darstellung eines Deckelverschlußkopfs der Vorrich­ tung nach Fig. 2, und

Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach den Fig. 2 und 3.

Nach den Fig. 1 und 2 empfängt eine erfindungsgemäße Ver­ schließvorrichtung 1 Behälter 3, z. B. Flaschen, die von einer Fördereinrichtung 2 über ein Einlauf-Sternrad 4 zugeführt werden, und nachdem die Behälter in der Vorrich­ tung 1 mit Deckein versehen wurden, gelangen sie über ein Auslauf-Sternrad 5 auf eine weitere Fördereinrichtung 6. Der Aufbau der Sternräder ist z. B. in der US-Patentanmel­ dung 537 465 beschrieben.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, enthält die Verschließvorrich­ tung eine ortsfeste Welle 7, die vertikal auf einer Boden­ platte der Vorrichtung steht, und auf der drehbar ein Drehzylinder 8 aufgepaßt ist. Der Drehzylinder 8 ist an einen Motor 9 gekoppelt, welcher seinerseits auf dem Ge­ stell der Maschine montiert ist. Von dem Motor wird der Drehzylinder 8 angetrieben, so daß er sich um die fest­ stehende Welle 7 dreht. Obwohl dies hier nicht näher dar­ gestellt ist, wird der Motor 9 derart angetrieben, daß er die Umdrehungsgeschwindigkeit des Drehzylinders 8 in Zu­ sammenhang mit der Betriebsgeschwindigkeit anderer Ar­ beitsstationen, wie z. B. einer Abfüll- und Etikettier­ station, steuert. Diese Stationen sind Bestandteil der Behälter-Behandlungs- und -abfüllanlage, von der die hier beschriebene Maschine ein Bestandteil ist.

Fest auf dem Drehzylinder 8 ist ein Drehtisch 10 montiert, der mehrere Behalterhalterungen 11 aufweist. Die Halterun­ gen 11 sind entlang dem Umfang des Drehtisches in gleich­ mäßigen Abständen angeordnet. Unmittelbar oberhalb des Drehzylinders und einstückig mit diesem ausgebildet be­ findet sich eine Verschlußdeckel-Kopfanordnung, die mehrere Deckelhalter 13 aufweist. Die Anzahl der Deckelhalter ent­ spricht der Anzahl der Behälterhalterungen 11, und sie sind mit letzteren ausgerichtet. Außerdem können sie den Behälterhalterungen 11 angenähert und von diesen abge­ rückt werden. Die Deckelverschluß-Kopfanordnung enthält außerdem Drehmomentmotoren 12 zum Drehen der jeweiligen Kappenhalter 13. Die Drehmomentmotoren 12 sind fest auf zu­ gehörigen Armen 14 montiert, die ihrerseits verschieblich auf Führungsstangen 15 gelagert sind, die an dem Drehzylin­ der 8 montiert sind, wobei sie den Drehzylinder umgeben. Die Arme 14 können also bei Führung durch die Führungsstan­ gen 15 nach oben und nach unten bewegt werden. Eine eine vorbestimmte Gestalt aufweisende, ortsfeste Steuerschiene 16 umgibt den Drehzylinder 8. Die Arme 14 stehen mit der Steuerschiene 16 derart in Eingriff, daß sie nach oben und nach unten bewegt werden, wobei sie nicht nur durch die Führungsstangen 15, sondern außerdem auch durch die Steuer­ schiene 16 geführt werden.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Kappenhalter 13 fest am unteren Ende einer Antriebswelle 20 befestigt, die über ein zylindrisches Hülsen-Verbindungsglied 22 mit einer Drehwelle 21 des Drehmomentmotors 12 verbunden ist. Das Verbindungsglied 22 ist fest an der Drehwelle 21 montiert und besitzt eine Längsnut in ihrer Innenfläche. Am oberen Ende der Antriebswelle 20 befindet sich ein Keil 24, der lose in der Nut 23 sitzt. Dadurch befindet sich die Antriebs­ welle 20 in Gleitberührung mit dem Verbindungsglied 22 und kann dadurch innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bezüg­ lich des Verbindungsglieds nach oben und nach unten bewegt werden, während zwischen dem Drehmomentmotor 12 und dem Kappenhalter 13 eine Kraftübertragung möglich ist. Außer­ dem sitzt auf der Antriebswelle 20 ein Anschlagring 25, der die unterste Stellung des Kappenhalters 13 bestimmt und verhindert, daß die Antriebswelle 20 herausrutscht.

Der Kappenhalter 13 ist in der Lage, vorübergehend eine Verschlußkappe oder einen Deckel 29 zu halten, der fest auf die Öffnung des Behälters 3 aufgeschraubt werden soll, der aufrecht auf dem Drehtisch 10 steht, während der Be­ hälter von der Behälterhalterung 11 gehalten wird. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besitzt der Deckelhalter 13 eine Druckkammer 30, von der ein Teil durch eine Scheibe 31 gebildet wird, die zwangsweise nach unten bewegt wird, wenn unter Druck stehendes Gas in die Druckkammer 30 ein­ geleitet wird. Außerdem ist ein ringförmiges elastisches Element 32 vorgesehen, welches unterhalb der Scheibe 31 teilweise mit dieser in Berührung steht, und welches eine Öffnung aufweist, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des verwendeten Deckels 29. Da die Scheibe 31 einen kreisförmigen Wulst aufweist, der sich ent­ lang des Umfangs auf der Unterseite der Scheibe erstreckt, befindet sich der Wulst normalerweise in Berührung mit dem ringförmigen elastischen Element 32, welches von einem Schließelement gehalten wird, das eine Mittelbohrung be­ sitzt, die groß genug ist, um den Deckel 29 durchzulassen.

Wenn also die Scheibe 31 nach unten gedrückt wird, verformt sich das ringförmige elastische Element 32, so daß seine Öffnung einen kleineren Durchmesser erhält, mit der Folge, daß der Deckel 29 zeitweilig von dem Deckelhalter 13 ge­ halten wird. Die Druckkammer 30 ist über Kanäle 33, 34 und 35, eine Leitung 36 und ein elektromagnetisches Ven­ til 37 mit einer Druckgasquelle 38 strömungsverbunden. In dem Deckelhalter 13 sind zusätzliche Kanäle 39 und 40 vor­ gesehen, die von einem Punkt ausgehen, an welchem die Ober­ seite des Deckels 29 zu biegen kommt, wenn der Deckel von dem ringförmigen elastischen Element 32 gehalten wird. Die Kanäle führen von diesem Punkt zur Atmosphäre, so daß ver­ hindert wird, daß der Deckel 29 aufgrund einer Vakuumbildung in dem Deckelhalter 13 gegen diesen geschlagen wird.

Der Drehmomentmotor 12 besitzt einen Drehzahldetektor 45, z. B. einen Drehcodierer, und wie in Fig. 2 gezeigt ist, ent­ hält die Verschließvorrichtung einen Stellungsdetektor 46, mit dessen Hilfe die Drehlage des Drehzylinders 8 erfaßt wird. Der Stellungsdetektor 46 ist bezüglich des Maschinen­ gehäuses fest montiert. Von den Detektoren 45 kommende Lei­ tungen 47 führen zu einer Steuereinheit 50, beispielsweise einem Mikrocomputer, wobei sie über ein Drehverbindungs­ teil 48 geführt sind, und eine von dem anderen Detektor 46 kommende Leitung 49 ist direkt an die Steuereinheit 50 angeschlossen. Die Steuereinheit 50 steuert das Ausgangs­ drehmoment jedes der Drehmomentmotoren 12 und somit die Größe des Drehmoments, mit dem der von dem Deckelhalter 13 gehaltene Deckelhalter 29 angezogen wird. Dies geschieht dadurch, daß die dem jeweiligen Drehmomentmotor 12 Zuge­ führte Stromstärke eingestellt wird. Wie unten noch näher erläutert wird, wird, abhängig von der Drehstellung des Drehzylinders 8, während einer ersten Stufe des Deckel- Anbringens ein Drehmoment, das auf den Deckel 29 von dem Deckelhalter 13 ausgeübt wird, auf einen ersten Wert eingestellt, der größer ist als ein vorbestimmter Bezugs­ wert, und dann wird während der nächsten, zweiten Stufe des Deckel-Anbringvorgangs das Drehmoment auf einen zwei­ ten Wert eingestellt, der kleiner ist als der vorbestimmte Bezugswert. Daran schließt sich eine dritte Stufe des Deckel-Anbringvorgangs an, bei der das Drehmoment auf den vorbestimmten Bezugswert eingestellt wird.

Wenn der Drehzylinder 8 von dem Motor 9 gedreht wird, werden die nicht mit Deckeln bestückten, auf dem Förderer 2 stehenden Behälter nacheinander in jeweils eine Behälter­ halterung 11 des Drehtisches 10 eingeführt. Dies geschieht mit Hilfe des Einlauf-Sternrads 4. Die Behälter werden auf dem Drehtisch 10 aufrecht stehend für eine gewisse Zeit festgehalten. Von einem (nicht gezeigten) Vorrat werden Deckel 29 zugeführt, so daß ein einzelner Deckel jeweils von einem Deckelhalter 13 gehalten wird, wie in Fig. 3 angedeutet ist. Wenn der Deckel 29 in die in dem ringförmigen elastischen Element 32 definierte Öffnung eingesetzt wird, wird mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Sensors ein Feststellungssignal an die Steuereinheit 50 ge­ geben, woraufhin die Steuereinheit 50 ein Aktivierungssignal an das Elektromagnetventil 37 gibt, um dieses zu öffnen. Als Folge davon gelangt unter Druck stehendes Gas aus der Druckgasquelle 38 in die Druckkammer 30, so daß sich das ringförmige elastische Element 32 verformt und dadurch vorübergehend den Deckel 29 sicher erfaßt.

Wenn der noch nicht mit Deckel bestückte Behälter 3 von der Behälterhalterung 11 sicher in seiner Lage auf dem Drehtisch 10 gehalten wird und der Deckel 29 fest in dem Deckelhalter 13 auf genommen ist, werden der Drehmomentmo­ tor 12 und der Deckelhalter 13 nach und nach unter Führung durch die Steuerschiene 16 abgesenkt, so daß der nun si­ cher von dem Deckelhalter 13 gehaltene Deckel 29 auf die Mündung des zugehörigen Behälters 3 aufgepaßt wird. Der Drehmomentmotor 12 wird so lange in Ruhestellung gehalten, bis er in seine vorbestimmte abgesenkte Lage gebracht ist. Es soll nun Fig. 4 betrachtet werden. Wenn der Detektor 46 den Zustand feststellt, daß die Drehstellung des Drehzy­ linders 8 einer Schraubeinleitungsposition S entspricht, d. h.: wenn der Detektor 46 feststellt, daß der Drehmoment­ motor 12 sich in der abgesenkten Lage befindet, wobei der Deckel 29 auf die Öffnung des betreffenden Behälters 3 auf­ gepaßt ist, liefert der Detektor ein Feststellungssignal an die Steuereinheit 50, so daß diese wiederum ein erstes Treibersignal an den Drehmomentmotor 12 gibt, so daß die­ ser ein erstes Drehmoment G erzeugt, welches größer ist als ein Schließdrehmoment F, welches einen vorbestimmten Bezugspegel besitzt.

Der Grund dafür, warum das größere Drehmoment G in der ersten Stufe des Verschließvorgangs aufgebracht wird, besteht darin, daß der Deckel 29 daran gehindert werden soll, in bezug auf den zu verschließenden Behälter 3 eine falsche Orientierung oder Neigung aufzuweisen. Mit ande­ ren Worten: Selbst wenn der Deckel 29 anfänglich bezüg­ lich der Öffnung des Behälters 3 geneigt ist, während er durch die Abwärtsbewegung des Deckelhalters 13 in Ein­ griff mit der Behälteröffnung gebracht wird, so läßt er sich bezüglich der Behälteröffnung richtig orientieren, wenn er mit dem größeren Drehmoment G angetrieben wird. Der tatsächliche Wert dieses größeren Antriebsdrehmoments G läßt sich in vorteilhafter Weise unter Berücksichtigung des Materials und der speziellen Form des Deckels 29 ein­ stellen.

Wenn der Deckel 29 etwas über eine Stellung A, die nach einer einzigen Umdrehung aus der Anfangsstellung S er­ reicht wird, hinaus gedreht wurde, kommt der Deckel 29 notwendigerweise in Eingriff mit dem Gewindeteil der Be­ hälteröffnung, so daß die Steuereinheit 50 nun ein zwei­ tes Treibersignal an den Drehmomentmotor 12 gibt, wodurch dieser ein zweites Drehmoment H erzeugt, welches niedriger ist als das Schließdrehmoment F. Wenn man nun annimmt, der Deckel 29 sei aus der Anfangsposition S heraus mit mehreren Umdrehungen gedreht worden, so ist der Schraubvorgang zum Aufschrauben des Deckels 29 auf die Mündung des Behälters 3 an einer Stelle vor der in Fig. 4 mit B bezeichneten Stel­ le beendet, wenn der Gewindeeingriff zwischen dem Deckel 29 und der Mündung des Behälters 3 normal ist. In diesem Fall hört die Drehung des Deckels 29 auf, wie in Fig. 4 durch eine gestrichelte Linie I angedeutet ist. Wenn in diesem Moment ein auf die Drehung zurückzuführendes Träg­ heits-Drehmoment, das größer ist als das Drehmoment H, auf den Deckel 29 einwirkt, so entsteht hierdurch aufgrund der Erfindung kein Problem, solange das abschließende Schließ- Drehmoment F größer eingestellt wird als ein solches Träg­ heits-Drehmoment.

Wenn die Steuereinheit 50 durch den Detektor 45 die Tat­ sache erkennt, daß der Deckel 29 an der Position B sich nicht in Drehung befindet, so liefert sie ein drittes Treibersignal an den Drehmomentmotor 12, so daß dieser ein abschließendes Schließ-Drehmoment F erzeugt. Auf die­ se Weise läßt sich der Deckel 29 fest auf die Öffnung des Behälters 3 auf schrauben, und zwar stets mit demselben Drehmomentwert. Wenn anschließend die Steuereinheit 50 die Tatsache erkennt, daß der Drehzylinder 8 die Stellung C gemäß Fig. 4 einnimmt, so veranlaßt sie den Drehmoment­ motor 12 zum Anhalten und entregt das Elektromagnetven­ til 37, um dadurch den Deckel 29 von dem Deckelhalter 13 zu lösen. Dann gelangen durch das In-Eingriff-Kommen mit der Steuerschiene 16 der Deckelhalter 13 und der Drehmomentmotor 12 in ihre ursprünglichen angehobenen Stellungen zurück. Der nun richtig mit einem Deckel 29 verschlossene Behälter 3 wird über das Auslauf-Sternrad 5 von der Behälterhalterung 11 auf den Förderer 6 gege­ ben.

Wenn der Detektor 45 an der Position A die Bedingung feststellt, daß der Deckelhalter 13 sich nicht dreht, so arbeitet die Steuereinheit 50 vorzugsweise so, daß ein Alarmsignal zum Aktivieren einer Alarmeinrichtung (nicht gezeigt) erzeugt wird. Alternativ kann vorgesehen werden, daß der betreffende Behälter 3, wenn er von der Behälterhalterung 11 loskommt, über einen geeigneten Me­ chanismus zu einer vorbestimmten Stelle transportiert wird, um diesen Behälter 3 aus der normalen Verarbeitungs­ linie herauszunehmen.

Wenn festgestellt wird, daß der Deckelhalter 13 in der Position B und außerdem in der Position C gedreht wird, bedeutet dies einen Fehlerzustand, und vorzugsweise lie­ fert die Steuereinheit 50 ein Alarmsignal oder aktiviert den oben erwähnten Aussonderungsmechanismus. In Fig. 4 bedeutet die Position E eine Stelle vor derjenigen Stel­ le, an der der Deckelhalter 13 und der Drehmomentmotor 12 in ihre ursprünglichen angehobenen Positionen zurück­ kehren, wozu sie mit der Steuerschiene 16 in Eingriff kommen. Hierbei ist dem Zeitraum Rechnung getragen, der benötigt wird, um den Deckel 29 von dem Deckelhalter 13 zu lösen. Wenn aus irgendeinem Grund der von der Steuer­ einheit 50 abgewickelte Steuervorgang an der Stelle E noch anhält, beispielsweise aufgrund irgendeines Fehlers, so wird der Steuervorgang zwangsweise abgeschlossen, wo­ durch der Deckel 29 gezielt von dem Deckelhalter 13 ge­ löst wird. Anstelle des Detektors 46 läßt sich auch ein anderer Detektor verwenden, der ausschließlich diese Po­ sition E überwacht.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Stär­ ke des Drehmoments an dem Drehmomentmotor 12 direkt ge­ steuert. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar auf die eben angesprochene Sonnenrad-Ritzel-Anordnung, wenn in der Kraftübertragungseinrichtung zwischen Sonnenrad und Ritzel eine Mehrstufenkupplung vorgesehen ist, wobei die Kupplung die Kupplung die Größe des aufzubringenden Dreh­ moments durch eine geeignete Einrichtung, beispielsweise mittels Luftdruck, einstellt. In diesem Fall überträgt die Kupplung Drehmomente unterschiedlicher Stärken in Abhängigkeit der Stärke des ihr zugeführten Luftdrucks.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verschließen eines Behälters, indem auf eine Behälteröffnung ein Deckel mit einem vorbestimmten Anzugs­ drehmoment aufgeschraubt wird, wobei während einer Vorstufe das Drehmoment auf einen Wert eingestellt wird, der größer ist als ein Bezugswert, während einer ersten Stufe das Drehmoment auf einen Wert eingestellt wird, der unter dem Bezugswert liegt, und dann das Drehmoment auf den Bezugswert eingestellt wird.

2. Vorrichtung zum Aufschrauben eines Deckels auf eine Behälter­ öffnung, wobei der Deckel mit einem vorbestimmten Anzugs­ drehmoment festgeschraubt wird, umfassend:

• - eine Trageinrichtung (6), auf der der Behälter (3) entlang einer vorbestimmten Bahn transportiert wird,
• - eine Halteeinrichtung (13), die einen auf den Behälter aufzubringenden Deckel (29) lösbar hält und die beweg­ bar ist zwischen einer Ruhestellung, in der sie von dem Behälter (3) entfernt ist, und einer Arbeitsstellung, in der sie zum Anbringen des Deckels an dem Behälter sich näher bei diesem befindet,
• - eine Drehmomentaufbringeinrichtung (12), mit der auf die Halteeinrichtung (13) ein Drehmoment aufgebracht wird, wenn sich diese in der Arbeitsstellung befindet, und
• - eine Steuereinrichtung (50), die die Größe des auf die Halteeinrichtung aufgebrachten Drehmoments derart steuert, daß während einer ersten Stufe des Verschließvorgangs das Drehmoment einen ersten Wert aufweist, der niedriger ist als ein vorbestimmter Bezugswert, und daß während einer zweiten, an die erste Stufe anschließenden Stufe das Drehmoment den Bezugswert aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung derart ausgelegt ist, daß der ersten Stufe eine Vorstufe vorausgeht, während der das Drehmoment auf einen dritten Wert eingestellt wird, der größer ist als der Bezugswert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die erste Stufe beendet wird, wenn das Aufschrauben des Deckels auf die Behälteröffnung beendet ist, und
• - der Bezugswert größer ist als der Wert eines Trägheits- Drehmoments, das auf den Deckel nach Abschluß des Auf­ schraubvorgangs aufgebracht werden könnte.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageeinrichtung (6) einen drehbar gelagerten Drehtisch und mehrere Behälterhalterungen (11) aufweist, die mit Abstand voneinander am Umfang des Drehtisches angeordnet sind.