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Die Erfindung betrifft eine Schraubspindel mit einem einstellbaren Spannmoment,
die insbesondere dazu vorgesehen ist, auf Verpackungen mit einem Gewindehals
durch eine schraubende Bewegung Verschlußdeckel anzubringen.
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Bekannte Schraubspindeln haben einen elektrischen oder pneumatischen Motor,
der eine Welle drehbar antreibt, die an einem Ende eine Vorrichtung zum Greifen
von Verschlußdeckeln hat. Die Welle der Spindel wird ferner in vertikaler Richtung
bewegt, wodurch der Verschlußdeckel in Kontakt mit dem Gewindehals gebracht
und mit diesem verschraubt werden kann.
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Ein im Zusammenhang mit diesen Spindeln viel behandeltes Problem ist die
Kontrolle des Spannmoments, das auf Verschlußdeckel wirkt. Es ist hierbei von
Bedeutung, daß das Spannmoment ausreicht, um einen effizienten Verschluß der
Verpackung sicherzustellen und jedes ungewollte Lösen des Verschlußdeckels,
welcher die Verpackung verschließt, zu vermeiden, ohne daß der Benutzer sich
jedoch eines Werkzeugs bedienen muß, um die Verpackung zu öffnen. Daher
muß eine Vorrichtung zur Begrenzung des Moments zwischen dem Motor und der
Spindelwelle angeordnete werden, um ein bestimmtes Spannmoment zu
übertragen.
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Insbesondere aus den Dokumenten US 4,756,137 und EP 387 153 sind
Vorrichtungen zur Begrenzung des Moments durch Reibung bekannt, die zwei
aneinandergepreßte Platten haben. Die Reibung zwischen den beiden Platten führt jedoch
zu einer starken Abnutzung und zu einer Erwärmung, welche den
Reibungskoeffizienten der Platten beeinträchtigt. Somit ist das übertragene Spannmoment nicht
konstant. Ebenso gibt es magnetische Vorrichtungen zur Begrenzung des
Moments, welche die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweisen. Dennoch
stellt sich auch bei diesen Vorrichtungen das Problem der Einstellung des
Moments, was insbesondere auf die Alterung der Magnetelemente zurückzuführen
ist. Ferner entsteht im Fall von Dauermagneten beim Gleiten eine Zitterbewegung.
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Um diese Probleme zu lösen, ist erfindungsgemäß eine Schraubspindel
vorgesehen mit einer Spindelwelle, die eine Greifvorrichtung hat und an der ein
Spindelritzel befestigt ist, das über einen Stellzylinder, dessen Kolbenstange mit einem
Transmissionsorgan verbunden ist, drehbar angetrieben wird, wobei das
Transmissionsorgan derart angeordnet ist, daß es das Ritzel antreibt und wobei ein
Druckeinstellorgan vorgesehen ist, das in einer den Stellzylinder in
Schraubrichtung speisenden Zuführleitung angeordnet ist.
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Da nun das Spannmoment direkt von der vom Stellzylinder ausgehenden Kraft
abhängt und diese direkt vom Speisedruck des Stellzylinders durch das unter
Druck stehende Fluid abhängt, wird das Spannmoment durch den Speisedruck
des Stellzylinders derart bestimmt, daß dieser gleichzeitig die Funktion des
Motororgans und des Momentbegrenzers einnimmt.
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Erfindungsgemäße Spindeln sind somit einfacher und weniger kostspielig als
bisherige Schraubspindeln.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Einstellung des
Spannmoments mehrerer Spindeln einer Mehrspindel-Anlage vorgenommen
werden kann, indem man eine Vorrichtung zur Einstellung des Speisedrucks für alle
Spindeln betätigt. Somit wird eine Manipulation an jeder einzelnen Spindel
vermieden. Eine solche Manipulation ist zeitintensiv und stellt ein mit
zunehmender Anzahl an zur Anlage gehörenden Spindeln wachsendes
Fehlerrisiko dar. Die Einstellung des Speisedrucks kann ferner auch dann
vorgenommen werden, wenn die Anlage in Betrieb ist. Somit wird durch die
Erfindung die Zuverlässigkeit und Rentabilität von derartigen Anlagen erhöht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat das
Transmissionsorgan eine Zahnleiste.
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Vorteilhafterweise erstreckt sich die Zahnleiste parallel zur Längsachse der
Spindelwelle und das Transmissionsorgan hat ein Winkeltriebritzel. Somit ist die
erfindungsgemäße Schraubspindel besonders kompakt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das
Transmissionsorgan eine Freilaufkupplung, die derart angeordnet ist, daß sie die
Greifvorrichtung in eine Schraubrichtung unidirektional antreibt. Somit kann der Stellzylinder
wieder in die zurückgezogene Stellung gebracht werden, ehe die Greifvorrichtung
vom Deckel gelöst wird, so daß im Moment des Lösens sichergestellt wird, daß
die Spindel keinem Moment unterliegt, wodurch ein Verkratzen des
Verschlußdeckels beim Lösen verhindert wird.
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Vorteilhafterweise ist der Stellzylinder für eine Translationsbewegung mit der
Spindelwelle verbunden.
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Eine derartige Anordnung verbessert die Kompaktheit der erfindungsgemäßen
Schraubspindel.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung hat das Transmissionsorgan ein
Zahnrad mit einem größeren Durchmesser als das Ritzel. Dadurch läßt sich die
Anzahl der Schraubdrehungen der Spindel bei einer vorgegebenen Hubhöhe des
Stellzylinders vervielfachen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist zumindest ein Sensor
vorgesehen, um eine Stellung der Kolbenstange des Stellzylinders zu erkennen.
Durch Hinzufügen eines oder mehrerer Sensoren zum Erkennen der Stellung der
Kolbenstange wird eine Kontrolle des Ablaufs des Schraubvorgangs ermöglicht.
Eine starker Vorschub der Kolbenstange kann ein Fehlen des Verschlußdeckels
anzeigen, wohingegen ein geringer Vorschub ein Anzeichen dafür sein kann, daß,
obwohl das Spannmoment erreicht ist, ein Verschlußdeckel schräg auf dem Hals
der Verpackung sitzt. Auf diese Weise erhält man ein einfaches und
kostengünstiges Mittel zur Sicherstellung der Qualität der Schraubung.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Studium der
Beschreibung, die ein bestimmtes, nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der
Erfindung betreffen, deutlich. Dieses nimmt Bezug auf die beigefügte einzelne Figur,
welche eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Schraubspindel
zeigt.
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In der Figur hat die erfindungsgemäße Schraubspindel ein vertikales
Führungsrohr 1, dessen oberes Ende mit einem Spindelträger 2 verbunden ist und vertikal
in einer mit einer drehbaren Plattform 4 verbundenen Buchse 3 gleitet. Das Rohr 1
nimmt drehbar eine Spindelwelle 5 auf, deren unteres Ende über das Rohr 1
hinausgeht und eine Zangen-Greifvorrichtung 6 trägt, die auf an sich bekannte Weise
angetrieben wird. Das obere Ende der Spindelwelle 5 trägt ein konisches Ritzel 7,
das mit einer allgemein mit dem Bezugszeichen 11 versehenen Motoranordnung
zusammenwirkt.
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Der Spindelträger 2 ist derart angeordnet, daß er auf einer Säule 9 gleitet, die mit
der drehbaren Plattform 4 verbunden ist, und trägt eine Rolle 8, die dazu
vorgesehen ist, mit einem Nocken (nicht dargestellt) zusammenzuwirken, um die
Höhe des Trägers 2 und der zu diesem gehörigen Elemente einzustellen.
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Eine Halterplatte 10 ist an der Seite des Spindelträgers 2 befestigt und trägt die
Motoranordnung 11.
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Die Motoranordnung 11 umfaßt eine Zwischenwelle 12, die drehbar in einem
Wellenlager 13 angeordnet ist, das von der Halterplatte 10 getragen wird. Die
Welle 12 hat ein Ende, das über eine Freilaufkupplung 20 ein konisches
Winkeltriebritzel 14 trägt, dessen Zähne mit denen des Ritzels 7 in Eingriff sind, und ein
gegenüberliegendes Ende, das ein Eingangsritzel 15 trägt, dessen Zähne in die
Zähne einer Zahnleiste 16 eingreifen. Die Zahnleiste 16 erstreckt sich vertikal und
ist an ihrem unteren Ende mit der Kolbenstange eines Stellzylinders 17
verbunden, dessen Achse vertikal verläuft und dessen Körper mit der Halterplatte
10 verbunden ist. Der Stellzylinder ist mit einem Druckeinstellorgan 21 verbunden,
welches in einer den Stellzylinder 17 in Schraubrichtung der Verschlußdeckel
speisenden Zuführleitung 22 angeordnet ist.
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Eine Andruckrolle 18 hat eine parallel zur Achse des Eingangsritzels 15
verlaufende Drehachse und ist drehbar am oberen Ende der Halterplatte 10 und
im wesentlichen gegenüberliegend dem Eingangsritzel 15 auf einer dem Ritzel
abgewandten Seite der Zahnleiste angeordnet, so daß die Zahnleiste 16
dauerhaft an das Eingangsritzel 15 gedrückt wird.
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Ein Sensor 19 ist am oberen Ende der Halterplatte 10 in Höhe der äußersten
Position der Zahnleiste 16 befestigt und erkennt, wenn die Kolbenstange vollständig
aus dem Stellzylinder 17 herausgetreten ist.
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Im Betriebszustand wird die Plattform 4 relativ zu einem feststehenden Gestell
von einem Motor gedreht. Die Verpackungen mit Gewindehals werden durch eine
nicht dargestellte Vorrichtung herangeführt und senkrecht unterhalb der Zangen-
Greifvorrichtung 6 gehalten.
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Der Träger 2 und alle diesem zugehörigen Elemente bilden eine gegenüber einer
vertikalen Translation bewegliche Anordnung, die jedoch für eine Drehung mit der
Plattform 4 verbunden ist. Die vertikale Positionierung der beweglichen Anordnung
wird durch den Eingriff der Drehrolle 8 mit der Nockenbahn sichergestellt und
hängt somit von der beschriebenen Bahn ab.
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Während eine Verpackung mit einem Gewindehals in eine Position senkrecht
unterhalb der Greifvorrichtung 6 geführt wird, wird diese auf an sich bekannte
Weise angetrieben, um einer nicht dargestellten Verteilervorrichtung einen
Verschlußdeckel zu entnehmen. Die Drehrolle 8, die der von dem Nocken des
Gestells beschriebenen Bahn folgt, veranlaßt dann die Abwärtsbewegung der
beweglichen Anordnung in Richtung Gewindehals.
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Sobald der Verschlußdeckel mit dem Gewindehals in Eingriff ist, wird ein Fluid mit
einem zuvor durch das Druckeinstellorgan 21 eingestellten Druck in den
Stellzylinder 17 geleitet. Die Kolbenstange des Stellzylinders 17 drückt die Zahnleiste 16
nach oben. Die Zahnleiste 16 dreht das Eingangsritzel 15. Das Eingangsritzel 15
überträgt seine Bewegung über die Welle 12, die Ritzel 14 und 7 und über die
Spindelwelle 5, die in dem Führungsrohr 1 dreht, an die Greifvorrichtung 6. In
diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die Freilaufkupplung 20 derart
angeordnet ist, daß der Stellzylinder 17 die Spindelwelle 5 zwar in
Schraubrichtung antreibt, diese jedoch nicht dreht, wenn sich der Stellzylinder 17 zurückzieht.
Das Ritzel 14 hat vorzugsweise einen größeren Durchmesser als das Ritzel 7, um
bei einer geringen Hubhöhe des Stellzylinders 17 mehrere Schraubdrehungen zu
erzielen. Dies ermöglicht den Einsatz eines Stellzylinders geringerer Größe.
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Wenn das Spannmoment des Verschlußdeckels ein dauerhaftes Moment erzeugt,
welches dem Motormoment entspricht, das aus dem Speisedruck des
Stellzylinders 17 resultiert, hört die Schraubspindel auf zu drehen und die Zahnleiste 16
kommt zum Stillstand. Für eine dem Ende des Schraubzyklus entsprechende
Winkelstellung der Plattform wird der Stellzylinder entweder durch eine Umkehr
der Zufuhr, wenn der Stellzylinder ein Stellzylinder mit Zweifachwirkung ist, oder
durch Unterbrechung der Zufuhr und eine Rückholfeder, wenn der Stellzylinder
ein Stellzylinder mit Einfachwirkung ist, zurückgezogen. Aufgrund der Lagerung
des Ritzels 14 mittels einer Freilaufkupplung bleibt die Spindelwelle 5
unbeweglich. Somit können die Klemmelemente der Greifvorrichtung geöffnet
werden, ohne daß der Verschlußdeckel dabei zerkratzt werden kann. Die
Schraubspindel wird angehoben und die Anordnung kann nun einen weiteren
Arbeitsvorgang beginnen.
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Der Sensor 19 ist am Ende des Hubwegs der Zahnleiste angeordnet und dabei
oberhalb der Entfernung, welche die Zahnleiste 16 normalerweise zurücklegen
muß, um die Anzahl der zum Drehverschließen notwendigen Drehungen
sicherzustellen.
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Wenn die Zahnleiste 16 vom Sensor 19 erkannt wird, bedeutet das, daß das
Spannmoment, das dem Speisedruck entspricht, nicht erreicht wurde, woraus zu
schließen ist, daß kein Verschlußdeckel vorhanden ist, dieser defekt ist oder die
Verpackung einen fehlerhaften Gewindehals hat.
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Der Sensor 19 gibt sodann den Befehl aus, die fehlerhaft verschlossene
Verpackung in einen Ausschuß-Kreislauf weiterzuleiten.
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Wenn sichergestellt werden soll, daß eine weitere Reihe von Verpackungen mit
einem Verschlußdeckel versehen wird, für die ein anderes Spannmoment als das
vorangegangene gewünscht wird, reicht es aus, die Einstellung des Speisedrucks
des Stellzylinders 17 zu ändern.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt,
sondern umfaßt vielmehr jede Abwandlung, die sich entsprechender Mittel bedient
und die wesentlichen, anhand der Ansprüche definierten Merkmale der Erfindung
aufweist.
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Insbesondere kann die Freilaufkupplung 20, obwohl sie zwischen der
Zwischenwelle 12 und dem Ritzel 14 angeordnet dargestellt ist, auch an irgendeinem Punkt
der kinematischen Kette, welche den Stellzylinder 17 mit der Greifvorrichtung 6
verbindet, vorgesehen sein. Ebenso ist es möglich, eine kinematische Kette ohne
Freilaufkupplung vorzusehen. In diesem Fall wäre es nötig, den Stellzylinder 17
auf Ablaufen zu stellen, ohne ihn vor der Öffnung der Klemmelemente
zurückzuziehen.
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Obwohl die Zahnleiste 16 im vorliegenden Fall in einer vertikalen Position
angeordnet dargestellt ist, kann diese ebenso horizontal angeordnet werden und in
direkten Kontakt mit dem Ritzel 7 treten, wobei das Ritzel in diesem Fall
vorzugsweise ein zylindrisches Ritzel ist.
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Wenn auch in der beschriebenen Ausführungsform eine Zahnleiste verwendet
wird, kann die Erfindung doch mit jedem Mechanismus, wie beispielsweise einem
Kurbelantrieb, versehen sein, der die Translationsbewegung der Kolbenstange
des Stellzylinders 17 in eine Drehbewegung überträgt, um die Spindelwelle 5
anzutreiben.