DE3715935A1 - Vorrichtung zum aufschrauben der schraubkappen von schraubverschluessen auf behaeltnisse - Google Patents

Description

Behältnisse wie etwa Flaschen, Flakons und dergleichen, deren Inhalt nicht stets auf einmal, sondern in einzelnen Teilmengen entnommen wird, sind meist mit einem Schraub­ verschluß versehen. Dessen Schraubkappe läßt sich ohne Werk­ zeug leicht abschrauben und nachher ebenso leicht wieder aufschrauben und das Behältnis damit wieder verschließen. Soweit die Schraubkappen als Kunststoff-Formteil oder auch als Leichtmetall-Formteil ausgebildet sind, werden sie vorgefertigt. Sie werden im Anschluß an die Füllstation einer Befüllungseinrichtung für die Behältnisse mittels einer Aufschraubvorrichtung auf das Behältnis aufgeschraubt.

Die Behältnisse werden im allgemeinen mittels eines Transportsterns einzeln der Aufschraubstation der Aufschraubvorrichtung zugeführt und mittels einer Spann­ vorrichtung dort vorübergehend zentriert und festgehalten. Die Schraubkappen werden von einem Magazin an eine Lade­ vorrichtung übergeben und von dieser einzeln in die Aufschraubvorrichtung eingesetzt. In der Aufschraub­ vorrichtung ist ein Aufschraubkopf vorhanden, der drei Spannbacken aufweist, die unter der Wirkung der Spannkraft einer Spannfeder stehen und die eine von der Ladevorrichtung zugeführte Schraubkappe zentrisch aufnehmen und festhalten. Der Aufschraubkopf wird beim Aufschraubvorgang mittels eines Elektromotors angetrieben. Der Aufschraubkopf und sein Antrieb sind an einem Gestell angeordnet, das mittels einer lotrecht ausgerichteten Führung lotrecht verschiebbar geführt ist und das mittels eines Längsantriebes abgesenkt und angehoben werden kann. Wenn der sich drehende Aufschraubkopf auf das in der Aufspannstation festgehaltene Behältnis abgesenkt wird, schraubt sich die Schraubkappe auf das Schraubgewinde an der Öffnung des Behältnisses auf. Nach dem Aufschrauben der Schraubkappe werden die Spannbacken des Aufschraubkopfes gelöst und das Gestell mit dem Aufschraub­ kopf und seinem Antrieb wieder angehoben. Danach wird dem Aufschraubkopf über die Ladevorrichtung eine neue Schraub­ kappe zugeführt. Unterdessen wird das Behältnis mit der aufgeschraubten Schraubkappe durch den Transportstern weitergefördert und ein neues, noch offenes Behältnis in die Aufschraubstation gebracht und dort festgeklemmt.

Der Aufschraubkopf ist im allgemeinen gegenüber dem Antriebsmotor seitlich versetzt angeordnet. Er ist am Ende eines Auslegearmes drehbar gelagert, der seinerseits am Gestell mit dem Antriebsmotor befestigt ist. Zwischen der Antriebswelle des Aufschraubkopfes und dem Antriebsmotor ist ein Vorgelege mit einem Zahnriementrieb eingeschaltet, das im Auslegerarm untergebracht ist. Von den beiden Zahnriemen­ scheiben sitzt die Antriebsscheibe auf dem Wellenstummel des Antriebsmotors. Die Antriebsscheibe sitzt auf der Welle des Aufschraubkopfes. Diese Welle ist als Hohlwelle ausgebildet. Durch sie hindurch erstreckt sich eine Betätigungsstange, mittels der im Aufschraubkopf die Spannbacken durch eine Betätigung entgegen der Kraft ihrer Spannfeder gelöst werden können. Die Betätigungsstange für die Spannbacken erstreckt sich nach oben aus der Hohlwelle heraus. Oberhalb des Auslegerarmes ist ein Längsantrieb für das Betätigen der Betätigungsstange angebracht.

Der Antriebsmotor für den Aufschraubkopf ist bei einer bekannten Aufschraubvorrichtung als Drehstrommotor ausge­ bildet. Auf Grund seiner Drehmomentkennlinie ist zwischen dem Zahnriemen-Vorgelege und dem Aufschraubkopf eine Drehmomentkupplung, eine sogenannte Rutschkupplung, einge­ schaltet, die das Drehmoment des Aufschraubkopfes auf einen bestimmten Größtwert begrenzt, damit weder die Schraubkappe noch das Behältnis beschädigt oder zerstört werden, wenn die Schraubkappe fest aufgeschraubt ist.

Eine solche Rutschkupplung ist verschleißanfällig. Bei starker Belastung kann sie heißlaufen. Ihr Drehmoment kann sich während des Betriebes aus verschiedenen Gründen unver­ sehens verändern. Bei einem Absinken des Drehmomentes werden die Schraubkappen nicht mehr richtig festgeschraubt. Bei einem Ansteigen des Drehmomentes kann es vorkommen, daß die Schraubkappe und/oder das Behältnis überlastet werden. Da die Rutschkupplung praktisch nicht dicht gekapselt werden kann, läßt sich nicht vermeiden, daß ihr Abrieb nach außen gelangt. Dadurch ist der Einsatz einer solchen Aufschraub­ vorrichtung z.B. in Sterilräumen nicht oder nur unter erheb­ lichen zusätzlichen Schutzmaßnahmen möglich. Eine solche Aufschraubvorrichtung hat noch den weiteren Nachteil, daß nach dem Lösen der Spannbacken der gesamte Aufschraubkopf unterhalb der Rutschkupplung wegen des fortwirkenden Drehmomentes der Rutschkupplung wieder in Drehung versetzt wird. Dadurch wird das Einführen einer neuen Schraubkappe durch die Ladevorrichtung erschwert. Insbesondere kommt es sehr häufig vor, daß die Schraubkappe bei der Übergabe wegspringt oder daß bei dem plötzlichen Wechsel aus dem Ruhezustand in der Ladevorrichtung in den routierenden Zustand im Aufschraubkopf die Schraubkappe beschädigt oder gar zerstört wird. Außerdem erhöht die Rutschkupplung das polare Massenträgheitsmoment der Aufschraubvorrichtung beträchtlich. Dadurch ist ein verhältnismäßig starker Antriebsmotor erforderlich, der seinerseits wieder ein nicht unbeträchtliches polares Massenträgheitsmoment mit sich bringt. Insgesamt werden dadurch nur verhältnismäßig lange Taktzeiten erreicht.

Bei einer anderen bekannten Aufschraubvorrichtung ist der Antriebsmotor als Gleichstrommotor ausgebildet. Bei ihm wird der mit zunehmendem Lastmoment ansteigende Strom als Maß für das Lastmoment benutzt, um bei einem bestimmten einstell­ baren Lastmoment den Antriebsmotor dann abzuschalten, wenn auf Grund dieser Umstände anzunehmen ist, daß die Schraub­ kappe auf dem Behältnis ihren festen Sitz erreicht hat. Ein solcher Gleichstrommotor ist jedoch im allgemeinen nicht als Standardausführung lieferbar und daher verhältnismäßig teuer. Außerdem ist er wegen des unvermeidlichen Kommutators verschleißanfällig und erzeugt Abriebpartikel. Ein Gleich­ strommotor hat wegen der Ankerwicklung ein verhältnismäßig großes polares Massenträgheitsmoment. Wenn auch bei einem Gleichstrommotor als Antriebsmotor die Rutschkupplungen entfalIen kann, ist wegen der größeren Ankermasse das gesamte polare Massenträgheitsmoment dieses Antriebs praktisch nicht geringer als bei dem an sich leichteren Drehstrommotor, der dafür eine Rutschkupplung erfordert. Das Anlauf- und Bremsverhalten eines solchen Antriebes hat ebenfalls eine verhältnismäßig lange Taktzeit zur Folge.

Bei beiden Antriebsarten, d.h. sowohl bei Drehstromantrieb wie auch bei Gleichstromantrieb, kann es vorkommen, daß entweder die Rutschkupplung beim Erreichen eines bestimmten Lastmomentes stehen bleibt oder daß bei gesteuertem Gleich­ stromantrieb nach dem Erreichen eines bestimmten Lastmomentes der Antrieb abgeschaltet wird, auch wenn die Schraubkappe noch nicht vollständig auf das Behältnis aufge­ schraubt ist. Das kann z.B. dann eintreten, wenn die Fertigungstoleranzen der Schraubkappe und/oder des Schraubengewindes am Behältnis ungünstig zueinander liegen oder wenn die Schraubkappe nicht richtig in den Aufschraub­ kopf eingesetzt ist, sie zum Beispiel schräg sitzt, oder wenn Abrieb- oder Schmutzteilchen zwischen das Gewinde der Schraubkappe und des Behältnisses gelangt sind. Dann wird die betreffende Schraubkappe überhaupt nicht oder zumindest nicht vollständig auf das Behältnis aufgeschraubt. Um solche nicht oder nur unvollständig verschlossene Behältnisse festzustellen und auszusondern, müssen aufwendige Prüf­ vorrichtungen vorgesehen werden, die die Kosten der gesamten Einrichtung erheblich verteuern.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufschraubvorrichtung zu schaffen, die zuverlässig arbeitet, die mit verhältnismäßig geringen Kosten hergestellt werden kann und die kürzere Taktzeiten als bei den bekannten Aufschraubvorrichtungen ermöglicht.

Dadurch, daß die Welle des Elektromotors hohl ausgebildet ist, kann die Betätigungsstange durch sie hindurchgeführt werden. Dadurch können der Elektromotor und der Aufschraub­ kopf mittig zu einander, d.h. miteinander fluchtend angeordnet werden. Dadurch wiederum kann das Vorgelege entfallen, das bisher den seitlich versetzt angeordneten Elektromotor mit der Welle des Aufschraubkopfes gekoppelt hat. Der Wegfall des Vorgeleges bedeutet eine erhebliche Verringerung des polaren Massenträgheitsmomentes der sich drehenden Teile. Dadurch kann ein schwächerer Antriebsmotor verwendet werden. Insgesamt können dadurch deutlich kürzere Anlauf- und Bremszeiten erreicht werden, durch die eine erhebliche Verringerung der Taktzeit möglich ist. Außerdem werden die Kosten für das Vorgelege einschließlich des Gehäuses und der Lagerung seiner Teile eingespart. Der Bauraum der Aufschraubvorrichtung verringert sich beträchtlich, weil der Antriebsmotor und der Aufschraubkopf in einer Fluchtlinie liegen. Die Bauhöhe verringert sich durch den Wegfall des Vorgeleges ebenfalls. Nicht zuletzt durch den Wegfall des Vorgeleges und seiner Lagerung verringert sich die Störanfälligkeit der Aufschraub­ vorrichtung sowie die Gefahr des Entstehens von Abriebspartikeln aus dem Vorgelege. Die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit der Aufschraubvorrichtung erhöht sich spürbar.

Bei einer Ausgestaltung der Aufschraubvorrichtung nach Anspruch 2 hat der Käfigläufer des Drehstrommotors ein wesentlich geringeres polares Massenträgheitsmoment als der Anker eines Gleichstrommotors. Seine Welle kann ohne weiteres so dick ausgeführt werden, daß das axiale Durch­ gangsloch für die Betätigungsvorrichtung mit einer solchen lichten Weite ausgeführt werden kann, daß auch die Betätigungsstange ausreichend stark bemessen werden kann. Wegen des geringeren polaren Massenträgheitsmomentes hat dieser Antrieb ein sehr günstiges Anlauf- und Brems­ verhalten. Dadurch lassen sich die Taktzeiten nochmals verkürzen und der Wirkungsgrad des Antriebes spürbar verbessern. Durch den Wegfall jeglicher Bürsten gibt es keinen Bürstenabrieb mehr. Die Aufschraubvorrichtung kann also ohne weiteres auch in Sterilräumen eingesetzt werden. Außerdem erhöht sich dadurch ihre Zuverlässigkeit.

Bei einer Ausgestaltung der Aufschraubvorrichtung nach Anspruch 3 kann über die beiden Meßsignale und über ihre Zusammenschaltung im UND-Gatter die Steuerung ermitteln, ob beim Erreichen des Größtwertes des Drehmomentes für das Aufschrauben einer Schraubkappe der Aufschraubkopf auch seine tiefste Höhenstellung erreicht hat, bei der die Schraubkappe vollständig auf das Behältnis aufgeschraubt ist. Falls zwar das Höchstdrehmoment erreicht wurde, nicht aber zugleich auch die tiefste Höhenstellung der Schraub­ kappe auf dem Behältnis festgestellt wird, dann kann durch die Steuerung eine Weiche betätigt werden, die das betreffende Behältnis aussondert. Entweder kann dann die Schraubkappe noch nachträglich von Hand vollständig aufgeschraubt werden oder das Behältnis kann vollständig ausgesondert werden und beispielsweise sein Inhalt ander­ weitig verwendet werden. Durch diese Erfassungsmöglichkeit kann auch ohne zusätzliche teuere Prüfvorrichtungen ein zuverlässiges Arbeiten der Aufschraubvorrichtung erreicht werden und die Herstellung fehlerfreier Produkte gewähr­ leistet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung teils geschnitten und teils in Seitenansicht dargestellten Ausführungsbeispieles der Aufschraub­ vorrichtung näher erläutert.

Die Aufschraubvorrichtung 1 weist ein Grundgestell 2 auf, an dem ein Transportstern 3 drehbar gelagert ist. Aus einer Füllstation werden Behältnisse herangeführt, von denen in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nur das eine Behältnis 4 dargestellt ist. Der Transportstern 3 bringt das Behältnis 4 zu einer Aufschraubstation 5 in der eine Zentrier- und Einspannvorrichtung 6 angeordnet ist, die das Behältnis 4 vorübergehend einspannt und auf die Fluchtlinie der Aufschraubvorrichtung 1 zentriert, die durch eine Strichpunktlinie 7 angedeutet ist.

Am Grundgestell 2 ist mittels einer lotrecht ausgerichteten Längsführung 8 ein Tragrohr 9 längsverschiebbar geführt. Am oberen Ende des Tragrohres 9 ist ein Gestell 11 angeordnet. Daran ist mittels eines Lagers 12 eine Welle 13 drehbar gelagert. Am freien Ende der Welle 11 ist ein Aufschraub­ kopf 14 herkömmlicher Bauart angeordnet. Dieser Aufschraub­ kopf 14 weist in seinem Inneren drei Spannbacken auf, die unter der Wirkung einer Schließ- oder Spannnfeder stehen und von dieser in die Schließ- oder Spannstellung gedrückt werden. Die Spannbacken im Aufschraubkopf 11 sind so ausge­ bildet, daß sie eine Schraubkappe 15 aufzunehmen vermögen und vorübergehend drehfest festzuhalten vermögen, die in der Zeichnung bereits auf das Behältnis 4 aufgeschraubt dargestellt ist.

Am Gestell 11 ist oberhalb des Lagers 12 in der Flucht­ linie 7 des Aufschraubkopfes 14 für diesen ein Antriebs­ motor 16 in Form eines Drehstrommotors mit Käfigläufer angeordnet. Mit dem Wellenstummel dieses Antriebsmotors 16 ist der Aufschraubkopf 14 drehfest gekoppelt. Die Welle des Antriebsmotors 16 ist als Hohlwelle ausgebildet. In dieser Hohlwelle ist eine Betätigungsstange 17 längsverschiebbar geführt, die sich vom Inneren des Aufschraubkopfes 14 aus durch dessen Welle 13 und durch die Hohlwelle des Antriebs­ motors 16 hindurch bis außerhalb des Antriebsmotors 16 erstreckt. Dort ist sie mit einer Wippe 18 und über diese mit einem Gestänge 19 gekoppelt, das seinerseits im Tragrohr 9 längsverschiebbar geführt ist.

Unterhalb des Grundgestelles 2 ist das Gestänge 19 mit einem ersten Längsantrieb 21 gekoppelt, der durch einen Doppel­ pfeil symbolisch dargestellt ist. Das Tragrohr 9 ist mit einem zweiten Längsantrieb 22 gekoppelt, der ebenfalls nur durch einen Doppelpfeil symbolisch dargestellt ist.

An der Unterseite des Gestells 11 ist ein Maßstab 23 angeordnet, der insbesondere als Glasmaßstab ausgebildet ist oder bei dem ein Glasmaßstab an einem Träger angeordnet ist. Dieser Maßstab 23 ist Teil einer Meßvorrichtung 24, die außerdem noch einen Signalgeber 25 aufweist, der im Zusammenwirken mit dem Maßstab 23 Meßsignale erzeugt, die ein Maß für die Höhenstellung des Gestells 11 und damit des Aufschraubkopfes 14 liefern. Die Ausgangssignale oder Meßsignale der Meßvorrichtung 24 werden an eine nicht dargestellte Steuerschaltung für die Aufschraubvorrichtung weitergeleitet.

Am Gestell 11 ist außerdem noch ein Drehstellungsgeber 26 angeordnet, der über einen Zahnriementrieb 27 mit der Welle des Antriebsmotors 16 gekoppelt ist. Die Ausgangssignale des Drehstellungsgebers 26 werden ebenfalls der Steuerschaltung zugeleitet.

Im Bereich der Aufschraubstation 5 ist noch eine Lade­ vorrichtung vorhanden, die in der Zeichnung der Übersicht­ lichkeit halber nicht dargestellt ist. Diese in herkömm­ licher Weise ausgebildete Ladevorrichtung übernimmt aus einem Vorratsbehälter oder aus einem Magazin je eine Schraubkappe 15 und setzt sie in den Aufschraubkopf 14 ein, sobald dieser die vorangehende Schraubkappe auf ein Behältnis 4 aufgeschraubt hat, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Der Antriebsmotor 16, die Längsantriebe 21 und 22, der nicht dargestellte Drehantrieb des Transportsterns 3 sowie der ebenfalls nicht dargestellte Antrieb der Zentrier- und Einspannvorrichtung 6 erhalten ihre Antriebsenergie und/oder ihre Betätigungssignale von der Steuerschaltung.

Sobald ein gefülltes Behältnis 4 noch ohne Schraubkappe in die Aufschraubstation 5 gefördert ist, wird es von der Zentrier- und Einspannvorrichtung 6 auf die Fluchtlinie 7 des Aufschraubkopfes 14 zentriert und festgespannt. In diesen ist mittlerweile von der Ladevorrichtung eine Schraubkappe eingesetzt. Der Antriebsmotor 16 wird einge­ schaltet und der zweite Längsantrieb 22 des Tragrohrs 9 betätigt, so daß das Gestell 11 abgesenkt wird und der Aufschraubkopf 14 sich mit der von ihm festgehaltenen Schraubkappe auf das Behältnis 4 absenkt. Dabei wird die Schraubkappe 15 auf das Behältnis 4 fest aufgeschraubt. Die Steuerschaltung der Aufschraubvorrichtung mißt den vom Antriebsmotor 16 aufgenommenen Antriebsstrom und löst beim Ansteigen des Antriebsstroms auf einen bestimmten Wert, der für ein bestimmtes Lastmoment des Antriebsmotors 16 maßgebend ist, Steuersignale aus. Dadurch wird zunächst der Antriebsstrom des Antriebsmotors 16 ausgeschaltet und der Antriebsmotor 16 abgebremst. Außerdem wird dadurch der zweite Längsantrieb 22 eingeschaltet, der über das Gestänge 19 und die Wippe 18 die Betätigungsstange 17 um ein gewisses Maß in den Aufschraubkopf 14 hineinschiebt.

Dadurch werden im Aufschraubkopf 14 die Spannbacken gelöst oder geöffnet, so daß sie die bis dahin festgehaltene Schraubkappe 15 freigeben. Anschließend wird der zweite Längsantrieb 22 eingeschaltet, der das Gestell 11 mit dem Aufschraubkopf 14 anhebt, so daß das Behältnis 4 mit der aufgeschraubten Schraubkappe 15 freigegeben wird. Danach wird die Zentrier- und Einspannvorrichtung 6 gelöst und der Drehantrieb des Transportsterns 3 eingeschaltet, so daß er das verschlossene Behältnis 4 aus der Aufschraubstation 5 herausbewegt und statt dessen ein noch nicht verschlossenes Behältnis in die Aufschraubstation 5 hineinbewegt. Danach laufen die oben geschilderten Vorgänge erneut ab.

Claims (4)

1. Aufschraubvorrichtung mit den Merkmalen:

• - in einer Aufschraubstation ist eine Zentrier- und Einspannvorrichtung für ein Behältnis vorhanden,
• - in der Fluchtlinie der Zentrier- und Einspann­ vorrichtung ist ein Aufschraubkopf an einer lotrecht ausgerichteten Welle angeordnet und mittels dieser drehbar gelagert und mit einem Antriebsmotor gekoppelt,
• - der Aufschraubkopf weist drei Spannbacken auf, die unter der Wirkung einer Schließ- oder Spannfeder stehen und die entgegen deren Spannkraft mittels einer Betätigungsvorrichtung lösbar sind,
• - die Betätigungsvorrichtung weist eine Betätigungs­ stange auf, die in der hohlen Welle des Aufschraub­ kopfes axial verschiebbar geführt ist,
• - die Betätigungsstange erstreckt sich vom Aufschraub­ kopf bis außerhalb seiner Welle und ihres Antriebes und ist mit einem ersten Längsantrieb gekoppelt,
• - die Lagerung der Welle des Aufschraubkopfes, sein Antriebsmotor und zumindest die Betätigungsstange der Betätigungsvorrichtung sind an einem gemeinsamen Gestell angeordnet, das mittels einer lotrecht ausgerichteten Längsführung in der Höhe bewegbar geführt ist und das mit einem zweiten Längsantrieb gekoppelt ist,
• - im Bereich der Aufschraubstation ist eine Lade­ vorrichtung angeordnet, mittels der je eine Schraub­ kappe aus einem Vorratsbehälter oder aus einem Magazin in den Aufschraubkopf einsetzbar ist,
• - es ist eine Steuerung für den Antriebsmotor des Aufschraubkopfes, für den ersten Längsantrieb der Betätigungsstange, für den zweiten Längsantrieb des Gestells und für die Ladevorrichtung vorhanden, die den Antriebsstrom des Antriebsmotors des Aufschraub­ kopfes entsprechend der Drehmomentkennlinie des Antriebsmotors steuert,

gekennzeichnet durch die Merkmale:

• - der Antriebsmotor (16) des Aufschraubkopfes (14) ist in der Fluchtlinie (7) der Welle (13) des Aufschraub­ kopfes (14) angeordnet,
• - die Ankerwelle des Antriebsmotors (16) ist hohl ausgebildet,
• - die Betätigungsstange (17) für die Spannbacken des Aufschraubkopfes (14) ist durch die hohle Ankerwelle des Antriebsmotors (16) hindurchgeführt.

2. Aufschraubvorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch das Merkmal:

• - der Antriebsmotor (16) des Aufschraubkopfes (14) ist als Drehstrommotor mit Käfigläufer ausgebildet.

3. Aufschraubvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet durch die Merkmale:

• - das Gestell (11) ist mit einem Meßsignalgeber (25) für die Höheneinstellung des Gestells (11) ausgerüstet, mittels dessen beim Erreichen einer bestimmten Höhen­ stellung des Aufschraubkopfes (14) ein Ausgangssignal erzeugbar ist,
• - die Steuerung weist ein UND-Gatter auf, an dessen einen Eingang der Meßsignalgeber (25) angeschlossen ist und an dessen anderen Eingang ein Signalgeber für ein Drehmomentsignal des Antriebsmotors (16) des Aufschraubkopfes (14) angeschlossen ist.