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Beschreibung
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Drehmomentbegrenzende Kupplung Die Erfindung betrifft eine drehmomentbegrenzende
Kupplung, insbesondere für das maschinelle Aufschrauben von Gegenständen wie Verschlüssen
auf Schraubverschlußflaschen und Behältern, wobei ein rotierendes Antriebsteil über
die drehmomentbegrenzende Kupplung ein Abtriebsteil in Drehung versetzt.
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Drehmomentbegrenzende Kupplungen sind bekannt aus einem weiten Einsatzspektrum
der Technik. Ein bekanntes Anwendungsgebiet sind Verschließköpfe in der Getränkeindustrie.
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Aus diesem Einsatzgebiet ist z.B. die Konstruktion sowohl mechanischer
als auch permanentmagnetischer Kupplungen der eingangs genannten Art bekannt. Obwohl
die Erfindung nicht nur auf dieses Gebiet abzielt, soll gleichwohl zum besseren
Verständnis auf diesen Einsatzfall abgestellt werden.
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Die moderne Getränkeindustrie pflegt Ihre Massengetränke in Behältern
abzupacken, welche mit einem Schraubverschluß ausgestattet werden. Bei der ungeheuren
Zahl von täglich in der Getränkeindustrie zu verschließenden Flaschen und Behältern
- viele Millionen pro Tag - ist
es bekanntermaßen unumgänglich,
eine automatisch arbeitende maschinelle Verschließvorrichtung zu verwenden.
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Solche Vorrichtungen müssen in der Lage sein, den in aller Regel bereits
auf die Flasche durch eine andere Maschine aufgesetzten Schraubverschluß in raschester
Folge auf die jeweiligen Flaschen aufschrauben zu können.
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Es liegt auf der Hand, daß für eine Vorrichtung der genannten Art
einerseits die Fähigkeit verlangt werden muß, sehr rasch den Verschluß auf den Behälter
aufdrehen zu können, andererseits muß aber ebenso rasch bei Auftreten des notwendigen
Drehmoments der Auf schraubvorgang abgebrochen werden, Anforderungen, wie sie ganz
generell an solche Kupplungen gestellt werden.
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Zur Erfüllung dieser Forderungen wurden Verschließköpfe der eingangs
genannten Art sowohl mit mechanischen drehmomentbegrenzenden Kupplungen ausgestattet,
als auch der Versuch unternommen, mit permanentmagnetischen Kupplungen zu arbeiten.
Beispiele für mechanisch drehmomentbegrenzende Kupplungen finden sich in der DE-OS
26 21 499 und dem DE-GM 6920403.
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Der Einsatz magnetischer Kupplungen ist in der europäischen Patentschrift
0 018 944 beschrieben, aber aus dem Stand der Technik auch ansonsten bekannt. Die
Erfindung geht von mechanisch drehmomentbegrenzenden Kupplungen aus. Solche Kupplungen
können gegenüber permanentmagnetischen kostengünstig gebaut werden. Allerdings sind
die Probleme der Erwärmung, des frühzeitigen Verschleißes und der zu großen Variationsbreite
des gewünschten Drehmomentes im Einsatz nicht befriedigend gelöst. Insbesondere
aber auch sind die Probleme des zerstörungsfreien Aufschraubens nicht vollständig
zufriedenstellend gelöst. So muß die Getränkeindustrie Wert darauf legen, die Schraubverschlüsse
einerseits ausreichend dichtend aufschrauben zu können, andererseits aber dem Konsumenten
ein relativ leichtes Öffnen des Schraubverschlusses zu ermöglichen. Auch an dieser
Forderung zeigt sich, daß für den enormen Dauerbetrieb solcher
Verschließköpfe
gleichwohl die Bereitstellung eines über den gesamten Betrieb im wesentlichen gleichbleibenden
Drehmoment unabdingbar notwendig ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Kupplung der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß im Dauerbetrieb den Anforderungen an ein gleichbleibendes
Drehmoment vollauf genügt wird, gleichzeitig aber die Probleme von Reibung und Verschleiß
insgesamt kostengünstig gelöst werden.
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Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Kupplung wie folgt aufgebaut
ist: a) im Abtriebsteil ist ringförmig eine Vielzahl von Rollen drehbar gelagert
b) im Antriebsteil sind im Bereich der von den Rollen gebildeten äußeren Umfangslinie
federnde Abrollelemente radial angeordnet.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Vorteilhafterweise werden bei der vorliegenden Kupplung letztlich
Prinzipien angewendet, wie sie bei Lagern Verwendung finden, überraschenderweise
aber nicht bei Kupplungen vermutet werden. So dienen denn die Abrollelemente im
Zusammenspiel mit den sich drehenden Rollen einer relativ reibungsarmen Drehmomentübertragung,
welche aufgrund der eindeutig definierbaren und einstellbaren Federvorspannung am
vorbestimmten Drehmomentspunkt die Drehmomentsübertragung beendet, mithin den Auf
schraubvorgang abbricht.
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Die Erfindung ist anhand der Figuren näher dargelegt. Diese zeigen
Fig. 1 einen Verschließkopf im Schnitt Fig. 2 eine Kupplung in der Draufsicht (Schnitt
A-A) Fig. 3 die Kupplung im Halbschnitt (B-B) Der in Fig. 1 gezeigte Verschließkopf
1 weist den prinzipiellen Aufbau auf, wie er aus dem weiter oben zitierten Stand
der Technik bekannt ist. Infolgedessen, soll der gesamte Aufbau des Verschließkopfes
nicht weiter betrachtet werden, sondern lediglich im Hinblick auf die erfindungsgemäße
Ausgestaltung seiner Kupplung 3. Ein Antriebsteil 2 ist über nicht näher dargestellte
Einrichtungen in Rotation versetzbar. Ein Kuaellager 8 zwischen dem Antriebsteil
2 und einem Abtriebsteil 4 dient sowohl der Lagerung beider Teile zueinander als
auch der Trennung der Drehinduzierung. Die Ubertragung des Drehmoments erfolgt über
die Kupplung 3.
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Die Kupplung 3, siehe auch Fig. 2, Fig. 3 ist prinzipiell aufgebaut
inder Weise, daß drehbar gelagerte Rollen 5 im Abtriebsteil 4 untergebracht sind
und federnde Abrollelemente, hier Blattfedern 7 im Antriebsteil 2. Das Abtriebsteil
4 weist im übrigen in bekannter Weise hier nicht weiter interessierende Merkmale
auf, um den Schraubverschluß erfassen zu können, so etwa einen hohlen Kegelstumpf.
Im übrigen darf noch darauf hingewiesen werden, daß der Verschließkopf - wie aus
dem Stand der Technik bekannt - auf die im wesentlichen in der Senkrechten unter
ihm befindliche Flaschen jeweils für den Auf schraubvorgang absenkbar ist.
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Die Kupplung 3, siehe jetzt Fig. 2, Fig. 3 besteht im Ausführungsbeispiel
aus zwölf Stift gelagerten Rollen 5.
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Die Drehachsen der untereinander gleichen durchmesser aufweisenden
Rollen 5 sind dabei auf einem Kreis angeordnet, so daß bei Drehung des Abtriebteils
4 von den Rollen 5 eine Umfangslinie 6 beschrieben wird.
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Im Antriebsteil 2 sind im Ausführungsbeispiel sechs gleiche Blattfedern
7 installiert. Die Blattfedern 7 werden über Stifte 9 in einer fixierten Position
gehalten. Im unbelasteten Zustand beschreiben die Blattfedern 7 ein gleichmäßiges
Sechseck, wobei ein Innenkreis beschrieben wird, dessen Radius etwas kleiner ist,
als der von den Rollen 5 beschriebene Umfangskreis (Umfangslinie 6). Im montierten
Zustand wird hierdurch bereits eine Vorspannung der Blattfedern 7 erzielt, wobei
die Vorspannung von dem Unterschied der beiden zuvor erläuterten Radien abhängt.
Für den hier beschriebenen Verwendungszweck in einem Verschließkopf ist ein Drehmoment
von ca. 160-240 Ncm ein üblicher Wert, wobei sich eine Auslenkung von entsprechend
dimensionierten Blattfedern um etwa 2 mm ergibt.
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Ohne besondere technische Schwierigkeiten kann auch vorgesehen sein,
die Rollen 5 im Antriebsteil 2 und die Federn 7 im Abtriebsteil 4 anzuordnen.
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Die Vorspannung der Federn kann beliebig erfolgen, etwa durch vorgespannten
Einbau, im Betrieb kann die Einstellbarkeit der Vorspannung durch eine Schraube
11 erzielt werden, mit welcher auf die Federn gedrückt wird, mithin eine Wegverkürzung
erfolgt.
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Statt Blattfedern kann auch jede andere Feder verwendet werden, auch
eine Spiralfeder, welche auf einen Materialstreifen drückt, der anstelle der Blattfeder
angeordnet ist. Wichtig ist lediglich die Verwendung federnder Abrollelemente für
die Rollen 5.
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Die Funktion der zuvor beschriebenen Kupplung ist denkbar einfach.
Der rotierende Verschließkopf 1 wird beim Absenken mit dem Abtriebsteil 4 federnd
auf einen zu drehenden Verschluß gedrückt. Wie schon weiter oben ausgeführt, ist
der Schraubverschluß zuvor von einer anderen Maschine auf die zu verschließende
Flasche aufgesetzt worden. Die Blattfedern 7, welche fest in dem Antriebsteil 2
installiert sind, drehen sich und nehmen aufgrund ihrer Vorspannung die Rollen 5
mit, so daß die Drehbewegung auf das Abtriebsteil 4 übertragen wird. Da die Rollen
5 ihrerseits drehbar auf den Stiften 10 gelagert sind, wird eine Bewegung erzeugt,
welche insgesamt dem Abwälzen von Wälzlagern gleichzusetzen ist. Eine solche Drehmomentübertragung
darf als äußerst effizient bezeichnet werden. Insbesondere auch deswegen, weil sich
die Rollen 5 über ihre Drehlagerung auf den Stiften 10 auf den Blattfedern 7 abwälzen.
Aufgrund der Vorspannung der Blattfedern ergibt sich ein maximal übertragbares Drehmoment,
bei dessen Erreichen die Rollen 5 auf den Stiften 10 durchdrehen. Das übertragende
Drehmoment sinkt auf Null ab, so daß auf den Schraufverschluß keine Kräfte mehr
wirken können. Es versteht sich von selbst, daß dieses maximale Drehmoment so gewählt
werden muß, daß die gewünschte Aufschraub- bzw. Abchraubkraft für die Schraubverschlüsse
erreicht wird.
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Das Material für die Blattfedern und die Rollen 5 kann in beliebiger
Kombination nach dem Stand der Technik gewählt werden. Als Standardkonfiguration
wird für die Blattfedern 7 Federstahl bekannter Art und für die Rollen 5 Kunststoffvorgeschlagen.
Insbesondere kann aus den zu Verfügung stehenden selbstschmierenden Kunststoffen
ausgewählt werden, hierbei ergibt sich der Vorteil, daß die Rollen 5 wartungs-und
schmierungsfrei auf ihren Lagerstiften 10 abrollen können.
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Letztlich kann die Kupplungswirkung zwischen den Rollen 5 und den
Abrollelementen 7 dadurch erzielt werden, daß nur eine vorbestimmte Reibung zwischen
diesen Elementen ausgenutzt wird, bei deren Überschreiten die Kupplung durchrutscht.
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Obwohl die erfindungsgemäße Kupplung ihren Anwendungsbereich in der
zuvor beschriebenen Verschießtechnik für Behälter finden soll, ist gleichwohl erkennbar,
daß ein universeller Anwendungsbereich erschlossen werden kann und ein vorteilhafter
Einsatz einer solchen Kupplung auch auf anderen Gebieten der Technik gut denkbar
ist.