WO1991015422A1 - Drehvorrichtung für schraubverschlüsse und verfahren zum aufbringen von schraubverschlüssen auf behälter - Google Patents

Drehvorrichtung für schraubverschlüsse und verfahren zum aufbringen von schraubverschlüssen auf behälter Download PDF

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WO1991015422A1
WO1991015422A1 PCT/EP1991/000394 EP9100394W WO9115422A1 WO 1991015422 A1 WO1991015422 A1 WO 1991015422A1 EP 9100394 W EP9100394 W EP 9100394W WO 9115422 A1 WO9115422 A1 WO 9115422A1
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torque
closing
angle
rotation
closure
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PCT/EP1991/000394
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French (fr)
Inventor
Günter Spatz
Wolfhard Schwarz
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Alcoa Deutschland Gmbh Verpackungswerke
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67B—APPLYING CLOSURE MEMBERS TO BOTTLES JARS, OR SIMILAR CONTAINERS; OPENING CLOSED CONTAINERS
    • B67B3/00—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps
    • B67B3/20—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps by applying and rotating preformed threaded caps
    • B67B3/2073—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps by applying and rotating preformed threaded caps comprising torque limiting means
    • B67B3/208—Electrical means responsive to the torque applied and acting on motor control means, e.g. strain gauges or power measurement means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67B—APPLYING CLOSURE MEMBERS TO BOTTLES JARS, OR SIMILAR CONTAINERS; OPENING CLOSED CONTAINERS
    • B67B3/00—Closing bottles, jars or similar containers by applying caps
    • B67B3/26—Applications of control, warning, or safety devices in capping machinery

Definitions

  • the invention relates to a turning device for screw caps according to the preamble of claim 1 and a method for applying screw caps to containers according to the preamble of claim 10.
  • a rotating device for screw closures and a method for applying such closures to containers are known (DE-OS 37 15 935).
  • the known rotating device is used to screw closures onto containers and to maintain a predetermined closing torque.
  • a torque limiting device prevents the desired torque from being exceeded.
  • a control circuit measures the drive current absorbed by the drive motor of the rotary device and releases it Rising of the current to a certain value, which corresponds to a certain torque of the screwed closure, control signals by which the drive current of the drive motor is interrupted. This directly affects the energy supply to the drive.
  • This object is achieved in a rotating device of the type mentioned at the beginning with the aid of the guided characteristics solved. Because the control device first determines via a torque sensor whether a certain closing torque, the application torque, has been reached during the closing process, a defined starting point for the further measurements during the closing process is established. After reaching this application torque, the angle of rotation about which the screw closure is rotated by the rotating device is detected. The detection of the angle of rotation after the application torque has been reached ensures that the container is closed particularly sensitively. Damage to the mouth area can thus be excluded with a high degree of certainty and a very exact adherence to a desired opening torque can be ensured.
  • control device is designed such that the angle of rotation by which the screw closure is rotated further after the predetermined application torque has been reached can be limited to a predeterminable value.
  • This design of the turning device leads to a particularly sensitive setting of the desired closing torque, the predetermined opening torque being able to be adhered to very precisely.
  • the torque acting on the screw closure is detected with the aid of the control device serving as a torque limiting device.
  • the current supplied to the drive of the rotary device or the voltage applied to the drive is detected. Since the power consumed by the drive is proportional to the voltage or Is current, the instantaneous torque can be determined from the instantaneous values of the current or the voltage. This moment detection is particularly easy to carry out.
  • the change in the tightening torque over time is recorded. If, therefore, the closure suddenly hooks or cant when screwing it on, which is recognized by a rapid increase in the torque per unit of time, the closing process can be interrupted so that the mouth region of the container is not damaged.
  • the closure is first screwed onto the container until a predetermined tightening torque, the application torque, is reached. This defines a defined initial state of the closing process. The closure is then rotated further by a predeterminable angle of rotation with respect to the container. This leads to a secure setting of the desired closing torque, with damage to the muzzle being practically excluded.
  • the change in the tightening torque over time is also detected after the application torque has been reached. Disruptions
  • the method during this phase for example tilting of the closure on the container, can thus be reliably detected.
  • an embodiment of the method is preferred in which the screw closure is screwed on until a high limit torque lying above the closing moment is reached.
  • the closure is then rotated in the opposite direction by a predeterminable angle of rotation in order to set the desired closing torque - and thus also a specific opening torque. It is particularly advantageous with this method that containers can also be closed, the threads of which show minor damage and in which an increased closing torque must therefore be applied in order to screw the closure onto the container.
  • the illustration shows a container 1, here a bottle, onto which a plastic screw cap 3 is to be screwed.
  • the closure is gripped by a sketched sealing cone 5 of a rotating device 7 and placed on the container 1. It is irrelevant to the invention whether the sealing cone 5 is rotated relative to the container 1 or whether the sealing cone is fixed and the container 1 rotates.
  • the sealing cone 5 is rotated here by a motor 9 serving as a drive, which is supplied with current or voltage via a switching device 11.
  • a sensor 13 is provided between the power supply and the switching device, which detects the current or the voltage. In principle, it is also possible to provide the sensor 13 between the switching device 11 and the motor 9.
  • a torque sensor 15, which detects the torque acting on the screw closure 3, is assigned to the motor 9 or the closing cone 5. Furthermore, the locking cone 5 is assigned a rotation angle sensor 17, which detects the angular position of the cone.
  • a strain gauge system which is integrated in the spindle of the motor 5, which is not explicitly shown in the figure, is preferably used as the torque sensor 15.
  • An in. Is preferably used for the angle measurement the spindle integrated opto-electronic incremental encoder.
  • the signals from the current or voltage sensor 13, the torque sensor 15 and those from the angle of rotation sensor 17 are fed to a control device 19 which evaluates and processes the measured values. Furthermore, these signals are fed to a comparator circuit 21. This also receives suitable values Ml, M2, M3, M7 and Mö for suitable tightening torques as well as certain values W and Wl for predetermined angles of rotation via suitable actuators. The output signals of the comparator circuit 21 are fed to the control device 19.
  • the control device 19 is connected via a control line 23 to the switching device 11 of the motor 9. It is also provided with a differentiator 25 to which the output signals of the torque and angle sensors are fed.
  • the sensor 13 which detects the supply voltage and / or the supply current of the motor 9, serves to determine the torque currently applied by the motor, it being assumed that the torque is proportional to the voltage or to the current. By detecting the changes over time of the supply voltage or the supply current of the motor, changes over time of the torque can also be determined. In this case, the torque sensor 15 described above could be omitted.
  • the function of the rotating device 7 and the method for closing containers are explained in more detail below.
  • the device and the method are suitable for closing any container.
  • the use of the device or the method for closing bottles with the aid of plastic closures is preferred.
  • the bottles can be made of glass or plastic, for example PET.
  • the screw cap 3 is introduced into the sealing cone 5 in any manner, for example in a so-called pick process.
  • the sealing cone 5 with the screw closure 3 clamped therein is then arranged over a container 1 to be sealed.
  • the locking cone 5 rotates here relative to the fixed container 1.
  • the rotating screw cap 3 is now placed on the container 1.
  • a corresponding switching signal is sent from the control device 19 via the control line 23 to the switching device 11, which, for example, has an electronic switch or a relay, so that the motor 9 is supplied with energy.
  • the switching device 11 which, for example, has an electronic switch or a relay, so that the motor 9 is supplied with energy.
  • the closing torque or tightening torque exerted by the motor 9 on the closing cone 5 or the screw closure 3 is recorded.
  • the instantaneous moment can be determined on the one hand with the aid of the sensor 13, which measures the Tor 9 delivered current or the applied voltage. It is also possible to directly measure the torque transmitted from the motor 9 to the closing cone 5 with the aid of the torque sensor 15.
  • the output signal of the sensor 13 or of the torque sensor 15 is fed to the control device 19 but also to the comparator 21.
  • the rotation angle sensor 17 can be dispensed with.
  • the torque applied by the motor 9 can be determined so precisely that when the predeterminable closing torque M2 is reached via the control device 19 and the control line 23, the switching device 11 is actuated such that the motor 9 is switched off.
  • the torque is proportional to that applied to the motor. current or voltage. If only a low accuracy is desired when the closing torque M2 is reached, this method is sufficient for closing containers.
  • the control device 19 can, for example, be provided with a timing element which specifies a specific time within which the application or the closing torque must be reached. If this is not the case, a control signal is outputted via a signal line S and the currently under ⁇ half of the closing cone 1 discarded 5 arranged vessel 1 from the closing line.
  • a specific angle of rotation can also be specified. This means that the closure is screwed onto the container by one full revolution, for example. After that, the application torque must be reached. If this is not the case, it is concluded that there is damage to the container or the closure. The corresponding container is separated out.
  • the application torque M1 is reached and the rotation angle sensor 17 has been activated by the control device 19, the locking cone 5 is rotated further until the instantaneous rotation angle reaches the value W entered into the comparator 21.
  • the predetermined angle of rotation W is determined on the basis of experiments. This ensures that the desired closing torque M2 is reached.
  • the momentary tightening torque can be monitored further using the torque sensor 15 and compared in the comparator circuit 21 with a second torque value, a predetermined maximum value M3. If this maximum value M3 is reached during the further rotation of the closure, it can be concluded that there is a muzzle error. If, for example, the thread on the outside of the container is jagged, it cuts into the inner wall or into the thread of the plastic screw closure 3. The torque required to turn the closure further increases so much that the predetermined maximum value M3 is exceeded.
  • the switching device 11 is actuated via the control line 23 such that the motor 9 no longer drives the locking cone 5. This avoids that excessive torque acts on the mouth area of the container 1 and damage occurs.
  • the maximum tightening torque .M3 could also be exceeded before the desired angle of rotation W is reached if the closure 3 jams on the thread of the container after reaching the application torque Ml. Even then, on the one hand, it would not be ensured that the seal provided in the closure seals the container pressure tightly, on the other hand, if the sealing process continues, an excessive moment could act on the mouth region of the container due to the tilting and lead to damage.
  • a differentiating element 25 which determines the time derivative of the output signal of the torque sensor 15 but also of the output signal of the angle of rotation sensor 17.
  • the opening torque, the torque Mo required for the first opening of the container can be set to a desired value.
  • additional security is also achieved in this way by tilting the closure or damage to the thread of the closure or the container being recognized and the containers concerned being able to be separated out.
  • the method can be modified insofar as the screw cap 3 is screwed by the motor 9 until the torque sensor 15 and the comparator 21 determine that a torque limit value Mg has been reached which is above the closing torque M2.
  • the increased tightening torque means that containers 1 with small thread damage can also be securely closed. Basically, it should be noted that in the event of thread damage, the ultimately desired locking torque M2 is reached before the lock has reached its final position on the container thread, because the damage creates additional frictional forces.
  • a reversal is carried out after the closure has been screwed on up to the limit torque Mg by a control signal from the control device 19, which is fed via line 23 to the switching device 11 the energy supply to the motor 9 is reached. This then turns in the opposite direction.
  • the angle of rotation sensor 17 is activated simultaneously with this control signal. Its output signals are compared in the comparator 21 with an angle value W1 assigned to the left rotation or the opening movement.
  • the switching device 11 can be controlled in such a way that an energy reversal or polarity reversal of the energy supply to the motor 9 is achieved, it is possible for the rotary device of the type described above to be controlled such that when an error occurs during the When a container is closed, the direction of rotation is first reversed and the closure is unscrewed again from the container. Then the closing process is started again. If a proper the container is left in the normal manufacturing process. Only when an error occurs again, for example because the closure or the mouth area of the container has been destroyed, is the container removed from the process. In this way, discharges can be reduced to a minimum, which means that further processing steps have to be carried out outside the normal workflow. By reversing the energy supply, a further improvement of the closing process can be achieved.
  • the closure 3 Due to the possibility of energy reversal, it is also possible to turn the closure 3 against the closure direction after the first placement on the container 1. In this way, the thread provided in the closure can be optimally aligned with respect to the container thread. After a certain counterclockwise rotation, the closure engages on the container, which can be determined, for example, by the axial movement of the closure relative to the container. This movement can be sensed by a suitable displacement sensor.

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Abstract

Es wird eine Drehvorrichtung für Schraubverschlüssen, insbesondere aus Kunststoff, für Behälter vorgeschlagen, die einen Antrieb und mit einer Drehmomentbegrenzungseinrichtung versehen ist. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß als Drehmomentbegrenzungseinrichtung eine die Energiezufuhr zum Antrieb (9) in Abhängigkeit vom Verschließmoment und/oder von dem mittels eines Drehwinkelsensors (17) erfaßten Drehwinkel des Verschlusses (3) steuernde Steuereinrichtung (19) verwendet wird. Die Steuereinrichtung betätigt in Abhängigkeit von dem Signal eines Drehmomentsensors (15) beziehungsweise eines Drehwinkelsensors (17), welches in einem Komparator (21) mit vorgegebenen Momenten bzw. Drehwinkeln verglichen wird, eine Schalteinrichtung, die die Energiezufuhr zum Motor (9) einschalten, unterbrechen, oder eine Energiezufuhr-Umkehrung herbeiführen kann. Letztere führt zu einer Umkehr der Drehrichtung des Motors.

Description

Drehvorrichtunσ für Schraubverschlüsse und Verfahren zum Aufbringen von Schraubverschlüssen auf Behälter
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Drehvorrichtung für Schraubverschlüsse gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Aufbringen von Schraubver¬ schlüssen auf Behälter nach der Gattung des Anspruchs 10.
Eine Drehvorrichtung für Schraubverschlüsse sowie ein Verfahren zum Aufbringen derartiger Verschlüsse auf Behälter sind bekannt (DE-OS 37 15 935) . Die bekannte Drehvorrichtung dient dazu, Schraubverschlüsse auf Behältnisse aufzuschrauben und dabei ein vorgegebenes Verschließmoment einzuhalten. Durch eine Drehmoment¬ begrenzungseinrichtung wird vermieden, daß das ge¬ wünschte Moment überschritten wird. Dazu mißt eine Steuerschaltung den vom Antriebsmotor der Dreh¬ vorrichtung aufgenommenen Antriebsstrom und löst bei Ansteigen des Stroms auf einen bestimmten Wert, der einem bestimmten Drehmoment des aufgedrehten Ver¬ schlusses entspricht, Steuersignale aus, durch die der Antriebsstrom des Antriebsmotors unterbrochen wird. Damit wird also unmittelbar auf die Energiezu¬ fuhr des Antriebs eingewirkt.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß in einigen Fällen, insbesondere bei der Verwendung von Voll¬ kunststoffVerschlüssen, auch bei Vorgabe eines be¬ stimmten Verschließmoments eine sichere Abdichtung der Behälter nicht zu erzielen ist. Dies gilt be¬ sonders dann, wenn Behälter beziehungsweise Flaschen, die unter einem Überdruck stehen, verschlossen werden sollen. Durch die Vorgabe eines bestimmten Ver¬ schließmoments ist es überdies möglich, daß der Mün¬ dungsbereich der zu verschließenden Behälter, insbe¬ sondere bei Glasflaschen beschädigt wird, was zu ei¬ ner Gefährdung der Verbraucher führt. Schließlich hat es sich gezeigt, daß das Öffnungsmoment, das heißt, daß zum ersten öffnen des Behälters erforderliche Drehmoment, oft wesentlich größer ist als erwünscht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Drehvor¬ richtung sowie ein Verfahren zu schaffen, mit denen sich Behälter mit Schraubverschlüssen, insbesondere auch mit solchen aus Kunststoff, verschließen lassen, wobei unter einem Überdruck stehende Behälter druck¬ dicht abgeschlossen jedoch im Mündungsbereich nicht beschädigt werden und ein bestimmtes Öffnungsmoment eingestellt wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Drehvorrichtung der ein¬ gangs genannten Art mit Hilfe der in Anspruch 1 auf- geführten Merkmale gelöst. Dadurch, daß die Steuer¬ einrichtung über einen Drehmomentsensor zunächst feststellt, ob beim Verschließvorgang ein bestimmtes Verschließmoment, das Anlegemoment, erreicht ist, wird ein definierter Ausgangspunkt für die weiteren Messungen während des Verschließvorgangs festgelegt. Nach Erreichen dieses Anlegemoments wird der Drehwin¬ kel erfaßt, um den der Schraubverschluß von der Dreh¬ vorrichtung gedreht wird. Durch die Drehwinkelerfas¬ sung nach Erreichen des Anlegemoments wird eine be¬ sonders feinfühlige Verschließung des Behälters si¬ chergestellt. Dadurch lassen sich Beschädigungen des Mündungsbereichs mit hoher Sicherheit ausschließen und eine sehr exakte Einhaltung eines gewünschten Öffnungsmoments sicherstellen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Drehvor¬ richtung ist die Steuereinrichtung so ausgelegt, daß der Drehwinkel, um den der Schraubverschluß nach Er¬ reichen des vorbestimmten Anlegemoments weitergedreht wird, auf einen vorgebbaren Wert begrenzbar ist. Diese Auslegung der Drehvorrichtung führt zu einer besonders feinfühligen Einstellung des gewünschten Verschließmoments, wobei sich das vorgegebene Öff¬ nungsmoment sehr exakt einhalten läßt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Drehvor¬ richtung wird das auf den Schraubverschluß wirkende Drehmoment mit Hilfe der als Drehmomentbegren¬ zungseinrichtung dienenden Steuereinrichtung erfaßt. Dabei wird der dem Antrieb der Drehvorrichtung zuge¬ führte Strom beziehungsweise die am Antrieb anlie¬ gende Spannung erfaßt. Da die vom Antrieb aufgenom¬ mene Leistung proportional zur Spannung oder zum Strom ist, kann das momentane Drehmoment aus den mo¬ mentanen Werten des Stroms beziehungsweise der Span¬ nung ermittelt werden. Diese Momentenerfassung ist besonders einfach durchführbar.
Bei einer weiteren bevorzugten Verschließeinrichtung wird die zeitliche Änderung des Anzugsmoments erfaßt. Wenn also der Verschluß beim Festschrauben sich plötzlich verhakt oder verkantet, was durch einen ra¬ schen Anstieg des Moments pro Zeiteinheit erkannt wird, kann der Verschließvorgang abgebrochen werden, damit der Mündungsbereich des Behälters nicht beschä¬ digt wird.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Drehvor¬ richtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit Hilfe der in Anspruch 10 genannten Merkmale gelöst. Um eine besonders fein¬ fühlige Ansteuerung des gewünschten Verschließmoments zu erreichen, wird der Verschluß zunächst bis zum Er¬ reichen eines vorgegebenen Anzugsmoments, dem Anlege¬ moment, auf den Behälter aufgeschraubt. Damit ist ein definierter Ausgangszustand des Verschließvorgangs erreicht. Danach wird der Verschluß um einen vorgeb¬ baren Drehwinkel weiter gegenüber dem Behälter ver¬ dreht. Dies führt zu einer sicheren Einstellung des gewünschten Verschließmoments, wobei Mündungsschäden praktisch ausgeschlossen sind.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird nach Erreichen des Anlegemoments überdies die zeitliche Änderung des Anzugsmoments erfaßt. Störun- gen des Verfahrens während dieser Phase, bei¬ spielsweise ein Verkanten des Verschlusses auf dem Behälter, können so sicher erfaßt werden.
Schließlich wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei dem der Schraubverschluß bis zum Er¬ reichen eines hohen, über dem Verschließmoment lie¬ genden Grenzmoments zugeschraubt wird. Anschließend wird der Verschluß um einen vorgebbaren Drehwinkel in entgegengesetzter Richtung gedreht, um das gewünschte Verschließmoment -und damit auch ein bestimmtes Öff¬ nungsmoment- einzustellen. Besonders vorteilhaft ist bei diesem Verfahren, daß auch Behälter verschlossen werden können, deren Gewinde kleinere Schäden aufwei¬ sen und bei denen daher ein erhöhtes Verschließmoment aufgebracht werden muß, um den Verschluß auf den Be¬ hälter zu schrauben.
Auch wenn der Verschluß beispielsweise mit einem Ga¬ rantiering ausgestattet ist, muß beim Verschließen ein erhöhtes Drehmoment aufgebracht werden, weil häu¬ fig schon das Verschließmoment erreicht ist, bevor der Schraubverschluß sich in seiner endgültigen Posi¬ tion befindet. Durch das zunächst gewählte hohe Grenzmoment wird auch eine besonders gute Anpressung der Dichtung an den Mündungsbereich des Behälters ge¬ währleistet, so daß diese kleinere Schäden ausglei¬ chen kann. Auf diese Weise wird eine besonders gute Abdichtung des Behälters erreicht.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur nä¬ her erläutert. Diese zeigt eine Prinzipskizze der er¬ findungsgemäßen Drehvorrichtung.
Der Darstellung ist ein Behälter 1, hier eine Fla¬ sche, zu entnehmen, auf die ein Schraubverschluß 3 aus Kunststoff aufgeschraubt werden soll. Der Ver¬ schluß wird von einem skizzierten Verschließkonus 5 einer Drehvorrichtung 7 erfaßt und auf den Behälter 1 aufgesetzt. Dabei ist es für die Erfindung unerheb¬ lich, ob der Verschließkonus 5 gegenüber dem Behälter 1 verdreht wird, oder ob der Verschließkonus fest¬ steht und sich der Behälter 1 dreht.
Der Verschließkonus 5 wird hier von einem als Antrieb dienenden Motor 9 in Rotation versetzt, der über eine Schalteinrichtung 11 mit Strom beziehungsweise Span¬ nung versorgt wird. Zwischen der Energieversorgung und der Schalteinrichtung ist ein Sensor 13 vorgese¬ hen, der den Strom oder die Spannung erfaßt. Es ist grundsätzlich auch möglich, den Sensor 13 zwischen der Schalteinrichtung 11 und dem Motor 9 vorzusehen.
Dem Motor 9 beziehungsweise dem Verschließkonus 5 ist ein das Drehmoment erfassender Drehmomentsensor 15 zugeordnet, der das auf den Schraubverschluß 3 wir¬ kende Verschließmoment erfaßt, überdies ist dem Ver¬ schließkonus 5 ein Drehwinkelsensor 17 zugeordnet, der die Winkelstellung des Konus' erfaßt.
Als Drehmomentsensor 15 wird vorzugsweise ein in die in Figur nicht explizit dargestellte Spindel des Mo¬ tors 5 integriertes Dehnungsmeßstreifensystem (DMS) verwendet. Zur Winkelmessung wird bevorzugt ein in die Spindel integrierter opto-elektronischer Inkre- mentalgeber eingesetzt.
Die Signale des Strom- beziehungsweise Spannungs-Sen¬ sors 13, des Drehmomentsensors 15 und die des Dreh¬ winkelsensors 17 werden einer Steuereinrichtung 19 zugeführt, die die Meßwerte auswertet und verar¬ beitet, überdies werden diese Signale einer Kompa- ratorschaltung 21 zugeleitet. Diese erhält auch über geeignete Stellglieder vorbestimmbare Werte Ml, M2, M3, M7 und Mö für vorgegebene Anzugsmomente sowie be¬ stimmte Werte W und Wl für vorgegebene Drehwinkel. Die Ausgangssignale der Komparatorschaltung 21 werden der Steuereinrichtung 19 zugeleitet.
Die Steuereinrichtung 19 ist über eine Steuerleitung 23 mit der Schalteinrichtung 11 des Motors 9 verbun¬ den. Sie ist überdies mit einem Differenzierglied 25 versehen, dem die Ausgangssignale des Drehmoment- und des Drehwinkelsensors zugeleitet werden.
Der die Versorgungsspannung und/oder den Ver- sorgungsstrom des Motors 9 erfassende Sensor 13 dient dazu, das vom Motor momentan aufgebrachte Drehmoment zu bestimmen, wobei davon ausgegangen wird, daß das Moment proportional zur Spannung beziehungsweise zum Strom ist. Durch die Erfassung der zeitlichen Ände¬ rungen der Versorgungsspannung beziehungsweise des Versorgungsstroms des Motors können auch zeitliche Änderungen des Drehmoments ermittelt werden. In die¬ sem Fall könnte der Drehmomentsensor 15, der oben be¬ schrieben wurde, entfallen. Im folgenden werden die Funktion der Drehvorrichtung 7 sowie das Verfahren zum Verschließen von Behältern näher erläutert.
Grundsätzlich eignen sich die Vorrichtung und das Verfahren zum Verschließen beliebiger Behälter. Be¬ vorzugt wird der Einsatz der Vorrichtung bezie¬ hungsweise des Verfahrens zum Verschließen von Fla¬ schen mit Hilfe von KunststoffVerschlüssen. Die Fla¬ schen können dabei aus Glas oder ihrerseits aus Kunststoff, beispielweise aus PET, bestehen.
Der Schraubverschluß 3 wird auf beliebige Weise in den Verschließkonus 5 eingebracht, beispielsweise in einem sogenannten Pick-Verfahren. Anschließend wird der Verschließkonus 5 mit dem darin festgeklemmten Schraubverschluß 3 über einem zu verschließenden Be¬ hälter 1 angeordnet. Dabei dreht sich hier der Ver¬ schließkonus 5 gegenüber dem feststehenden Behälter 1.
Der sich drehende Schraubverschluß 3 wird nun auf den Behälter 1 aufgesetzt. Dazu wird von der Steuerein¬ richtung 19 über die Steuerleitung 23 ein entspre¬ chendes Schaltsignal an die Schalteinrichtung 11, die beispielsweise einen elektronischen Schalter oder ein Relais aufweist, abgegeben, so daß der Motor 9 mit Energie versorgt wird. Während des Festschraubens des Verschlusses 3 auf dem Behälter 1 wird das vom Motor 9 auf den Verschließkonus 5 beziehungsweise den Schraubverschluß 3 ausgeübte Verschließmoment bezie¬ hungsweise Anzugsmoment erfaßt. Das momentane Moment kann zum einen mit Hilfe des Sensors 13 ermittelt werden, der den von der Energieversorgung an den Mo- tor 9 gelieferten Strom beziehungsweise die angelegte Spannung feststellt. Es ist auch möglich, unmittelbar das vom Motor 9 auf den Verschließkonus 5 übertragene Moment mit Hilfe des Drehmomentsensors 15 zu erfas¬ sen. Das Ausgangssignal des Sensors 13 beziehungs¬ weise des Drehmomentsensors 15 wird der Steuerein¬ richtung 19 aber auch dem Komparator 21 zugeleitet. Dieser vergleicht den aktuellen Momentenwert mit ei¬ nem vorgebbaren Anzugsmoment Ml, dem sogenannten An¬ legemoment. Sobald dieses Moment Ml erreicht ist, wird der Drehwinkelsensor 17 über die Steuerein¬ richtung 19 aktiviert. Die Steuereinrichtung 19 wer¬ tet nun die Signale des Drehwinkelsensors aus. Der aktuelle Drehwinkel des Verschließkonus' 5 be¬ ziehungsweise des Verschlusses 3 wird mittels des Komparators 21 mit einem vorgegebenen Winkelwert W verglichen. Sobald der Verschluß nach Erreichen des Anlegemoments Ml um den gewünschten Drehwinkel W wei¬ ter zugeschraubt wurde, gibt die Steuereinrichtung 19 über die Leitung 23 ein Signal an die Schalteinrich¬ tung 11 ab, so daß diese die Energiezufuhr zum Motor 9 unterbricht. Damit wird eine weitere Verdrehung des Verschlusses unterbunden.
Wenn der Strom- beziehungsweise Spannungs-Sensor 13 eingesetzt wird, kann auf den Drehwinkelsensor 17 verzichtet werden. Das vom Motor 9 aufgebrachte Mo¬ ment ist so genau ermittelbar, daß bei Erreichen des vorgebbaren Verschließmoments M2 über die Steuerein¬ richtung 19 und die Steuerleitung 23 die Schaltein¬ richtung 11 so betätigt wird, daß der Motor 9 abge¬ schaltet wird. Bei einem Gleichstrommotor ist das Drehmoment proportional zu dem an dem Motor angeleg- ten Strom beziehungsweise der Spannung. Wenn ledig¬ lich eine niedrige Genauigkeit bei der Erreichung des Verschließmoments M2 gewünscht ist, reicht dieses Verfahren zur Verschließung von Behältern aus.
Werden das Anlegemoment Ml beziehungsweise das Ver¬ schließmoment nicht erreicht, so kann daraus folgende Schlußfolgerung gezogen werden: Der Verschluß ist vor Erreichen des Behälters aus dem Verschließkonus her¬ ausgefallen, durch einen Steuerungsfehler ist kein Behälter unter den Verschließkonus gefahren worden oder aber das Gewinde auf dem Behälter oder das auf der Innenwand des Verschlusses vorgesehene Gewinde ist zerstört.
Die Steuereinrichtung 19 kann beispielsweise mit ei¬ nem Zeitglied versehen werden, das eine bestimmte Zeit vorgibt, innerhalb derer das Anlege- bezie¬ hungsweise das Verschließmoment erreicht sein muß. Ist das nicht der Fall, wird über eine Signalleitung S ein Steuersignal abgegeben und der momentan unter¬ halb des Verschließkonus1 5 angeordnete Behälter 1 aus der Verschließanlage ausgesondert.
Statt der Vorgabe einer bestimmten Zeit, die maximal verstreichen darf, bis das Anlegemoment Ml erreicht ist, kann auch ein bestimmter Drehwinkel vorgegeben werden. Das heißt, der Verschluß wird beispielsweise um eine volle Umdrehung auf den Behälter aufge¬ schraubt. Danach muß das Anlegemoment erreicht sein. Sollte dies nicht der Fall sein, so wird daraus ge¬ schlossen, daß Schäden am Behälter oder am Verschluß gegeben sind. Der entsprechende Behälter wird ausge¬ sondert. Wenn aber andererseits das Anlegemoment Ml erreicht wird und der Drehwinkelsensor 17 durch die Steuer¬ einrichtung 19 aktiviert wurde, wird der Ver¬ schließkonus 5 weitergedreht, bis der momentane Dreh¬ winkel den dem Komparator 21 eingegebenen Wert W er¬ reicht. Aufgrund von Versuchen wird der vorgegebene Drehwinkel W festgelegt. Es ist damit sichergestellt, daß das gewünschte Verschließmoment M2 erreicht ist. Bei einem derartig vorbestimmten Verschließmoment ist einerseits gewährleistet, daß der Behälter druckdicht von dem Schraubverschluß 3 verschlossen ist. Anderer¬ seits ist sichergestellt, daß das Öffnungsmoment Mö, das zum ersten Öffnen des Behälters erforderliche Mo¬ ment, ebenfalls eingehalten wird.
Während der Schraubverschluß 3 um den vorgegebenen Drehwinkel W weitergedreht wird, kann mit Hilfe des Drehmomentsensors 15 das momentane Anzugsmcment wei¬ ter überwacht und in der Komparatorschaltung 21 mit einem zweiten Momentenwert, einem vorgegebenen Maxi¬ malwert M3, verglichen werden. Wird dieser Ma¬ ximalwert M3 während der weiteren Drehung des Ver¬ schlusses erreicht, so kann daraus auf einen Mün¬ dungsfehler geschlossen werden. Wenn beispielsweise das Gewinde auf der Behälteraußenseite schartig ist, so schneidet sich dieses in die Innenwand be¬ ziehungsweise in das Gewinde des Kunststoff-Schraub¬ verschlusses 3 ein. Das erforderliche Moment zum Wei¬ terdrehen des Verschlusses wächst damit so stark an, daß der vorgegebene Maximalwert M3 überschritten wird.
Wird während der Weiterdrehung des Verschließkonus' 5 bis zum Erreichen des vorgegebenen Drehwinkels W der Maximalwert des gewünschten Anzugsmoments M3 über¬ schritten, so kann das auch daran liegen, daß das In¬ nengewinde in seinem weiteren Verlauf innerhalb des Schraubverschlusses 3 beschädigt ist. Dadurch kann der Verschluß nicht weit genug zugeschraubt werden, so daß die dort vorgesehene Dichtung nicht in ausrei¬ chenden Eingriff mit dem Mündungsbereich des Behäl¬ ters 1 tritt. Ein im Behälter vorhandener Innendruck kann ungehindert entweichen. Deswegen wird auch in einem derartigen Fall über die Steuerleitung S der Steuereinrichtung 19 ein Signal abgegeben, so daß dieser Behälter aus der Verschließeinrichtung ausge¬ sondert wird.
Außerdem wird jedesmal, wenn das Maximalmoment M3 überschritten wird, bevor der vorgegebene Drehwinkel W erreicht ist, über die Steuerleitung 23 die Schalt¬ einrichtung 11 so betätigt, daß der Motor 9 den Ver¬ schließkonus 5 nicht weiter antreibt. Damit wird ver¬ mieden, daß ein zu großes Drehmoment auf den Mün- dungsbereich des Behälters 1 wirkt und Schäden ein¬ treten.
Schließlich könnte das maximale Anzugsmoment .M3 auch dann überschritten werden, bevor der gewünschte Dreh¬ winkel W erreicht ist, wenn der Verschluß 3 sich nach Erreichen des Anlegemoments Ml auf dem Gewinde des Behälters verkantet. Auch dann wäre einerseits nicht sichergestellt, daß die im Verschluß vorgesehene Dichtung den Behälterdruck dicht abschließt, anderer¬ seits könnte bei Fortsetzung des Verschließvorgangs wegen des Verkantens ein zu großes Moment auf den Mündungsbereich des Behälters einwirken und zu Schä¬ den führen. Innerhalb der Steuereinrichtung 19 ist hier ein Dif¬ ferenzierglied 25 vorgesehen, das die zeitliche Ab¬ leitung des Ausgangssignals des Drehmomentsensors 15 aber auch des Ausgangssignals des Drehwinkelsensors 17 bestimmt.
Aus einer mit Hilfe dieses Differenzierglieds 25 festgestellten zu großen zeitlichen Änderung des Drehwinkels kann z. B. auch festgestellt werden, wenn der Verschließkonus 5 plötzlich durchdreht, also der Schraubverschluß 3 keinen Halt mehr auf dem Behälter 1 hat. Dies kann beispielsweise daran liegen, daß die Seitenwand des Verschlusses geplatzt oder das Gewinde auf dem Behälter eingebrochen ist. In einem derarti¬ gen Fall wird über die Steuerleitung S ein Signal ab¬ gegeben und der entsprechende Behälter ausgesondert.
Stellt sich heraus, daß der Anstieg des Drehmoments nach Erreichen des Anlegemoments Ml und vor dem Er¬ reichen des gewünschten Drehwinkels W zu gering ist, so kann daraus gefolgert werden, daß entweder die Dichtung im Verschluß defekt ist, daß der Verschluß schon vor dem Aufbringen auf dem Behälter eingerissen war oder daß das Flaschengewinde nicht sauber ausge¬ formt ist. Jedenfalls kann daraus geschlossen werden, daß der Verschluß auf dem Behälter durchdreht. Auch in diesem Fall wird durch ein Signal auf der Steuer¬ leitung S der entsprechende Behälter ausgesondert.
Wenn andererseits nach Erreichen des Anlegemoments Ml der Anstieg des Drehmoments zu rasch erfolgt, bevor der gewünschte Drehwinkel W erreicht ist, so kann daraus geschlossen werden, daß Schäden am Gewinde, des Verschlusses oder am Behälter aufgetreten sind oder daß der Verschluß sich auf dem Behälter verkan¬ tet hat. Auch in diesem Fall wird ein Signal über die Steuerleitung S abgegeben und der zugehörige Behälter ausgesondert.
Dadurch, daß ein maximales Drehmoment M3 für den Ver¬ schließvorgang vorgegeben wird, läßt sich das Öff¬ nungsmoment, das zum ersten öffnen des Behälters er¬ forderliche Moment Mö, auf einen gewünschten Wert einstellen. Andererseits wird auch hierdurch zu¬ sätzliche Sicherheit erreicht, indem ein Verkanten des Verschlusses oder Schäden am Gewinde des Ver¬ schlusses beziehungsweise des Behälters erkannt und die betroffenen Behälter ausgesondert werden können.
Dadurch, daß das Drehmoment und andererseits der Drehwinkel nach Erreichen eines vorgegebenen Anle¬ gemoments vorbestimmt werden, lassen sich die beim Verschließen eines Behälters mit Hilfe eines Schraub¬ verschlusses auftretenden Momente begrenzen. Einer¬ seits werden dadurch Mündungsschäden ausgeschlossen, andererseits wird aber auch eine Überlastung der Ver¬ schließeinrichtung sichergestellt, so daß deren Ver¬ schleiß minimiert werden kann. Die Standzeit dieser Einrichtung wird daraufhin sehr verlängert.
Das Verfahren kann insofern abgewandelt werden, als der Schraubverschluß 3 durch den Motor 9 so lange zu¬ geschraubt wird, bis mittels des Drehmomentsensors 15 und des Komparators 21 das Erreichen eines Drehmo¬ ment-Grenzwerts Mg festgestellt wird, der über dem Verschließmoment M2 liegt. Durch das erhöhte Anzugsmoment können auch Behälter 1 mit kleinen Gewindeschäden sicher verschlossen wer¬ den. Grundsätzlich ist festzustellen, daß bei einem Gewindeschaden das letztlich gewünschte Ver¬ schließmoment M2 schon erreicht wird, bevor der Ver¬ schluß seine endgültige Position auf dem Behäl¬ tergewinde eingenommen hat, weil durch die Schäden zusätzliche Reibungskräfte aufgebaut werden.
Auch bei der Verwendung von Verschlüssen mit einem Garantiering, der das erste öffnen des Verschlusses anzeigen soll, wird häufig das letztlich angestrebte Verschließmoment M2 schon erreicht, bevor der Ver¬ schluß seine endgültige Position auf dem Behälter er¬ reicht hat, weil durch den Garantiering ein zusätzli¬ ches Reibmoment entsteht. Daher muß bei der Verwen¬ dung derartiger Verschlüsse zunächst ein über dem letztlich gewünschten Verschließmoment M2 liegendes Drehmoment aufgebracht werden.
Durch das erhöhte Anzugsmoment wird schließlich auch eine optimale Anpressung der Dichtung an dem Mün¬ dungsbereich des Behälters erreicht. Dadurch formt sich diese auch bei kleineren Schäden so an die Mün¬ dung an, daß eine optimale Abdichtung des Behälters auch bei einem unter Überdruck stehenden Inhalt ge¬ währleistet ist.
Um zu vermeiden, daß durch die Verschließung mit er¬ höhtem Anzugsmoment sich überhöhte Öffnungsmomente einstellen, wird nach dem Zuschrauben des Verschlus¬ ses bis zum Grenzmoment Mg durch ein Steuersignal der Steuereinrichtung 19, welches über die Leitung 23 der Schalteinrichtung 11 zugeleitet wird, eine Umkehrung der Energiezufuhr zum Motor 9 erreicht. Dieser dreht sich daraufhin in entgegengesetzter Richtung. Gleich¬ zeitig mit diesem Steuersignal wird der Drehwinkel- sensor 17 aktiviert. Dessen Ausgangssignale werden im Komparator 21 mit einem der Linksdrehung beziehungs¬ weise der Öffnungsbewegung zugeordneten Winkelwert Wl verglichen. Sobald der vorgegebene Drehwinkel, der beispielsweise im Bereich von 10° bis 15° liegen kann, erreicht ist, sobald also der aktuelle Drehwin¬ kel den im Komparator 21 vorliegenden Grenzwert Wl erreicht, wird durch ein Steuersignal der Steuerein¬ richtung 19 über die Steuerleitung 23 die Schaltein¬ richtung 11 so angesteuert, daß der Motor 9 von der Energiezufuhr getrennt wird. Dadurch wird die Öff¬ nungsbewegung des Verschlusses 3 beendet.
Durch Versuche wird festgestellt, wie weit der Ver¬ schluß nach dem Festschrauben bis zum Grenzmoment Mg in Gegenrichtung gedreht werden muß, bis sich das ge¬ wünschte Öffnungsmoment Mö einstellt. Der er¬ forderliche Drehwinkel kann von der Kombination der für Behälter, Verschluß und Dichtung gewählten Ma¬ terialien abhängen.
Dadurch, daß die Schalteinrichtung 11 so angesteuert werden kann, daß eine Energieumkehr beziehungsweise Umpolung der Energiezufuhr zum Motor 9 erreicht wird, ist es möglich, daß die Drehvorrichtung der oben be¬ schriebenen Art so angesteuert wird, daß bei Auftre¬ ten eines Fehlers während des Verschließens eines Be¬ hälters zunächst eine Drehrichtungsumkehr durchge¬ führt und der Verschluß wieder von dem Behälter abge¬ schraubt wird. Dann wird der Verschließvorgang von neuem gestartet. Sollte sich nunmehr ein ordnungsge- mäßer Verschließzustand einstellen, wird der Behälter im normalen Fertigungsvorgang belassen. Erst wenn sich wiederum ein Fehler einstellt, beispielsweise weil der Verschluß oder der Mündungsbereich des Be¬ hälters zerstört sind, wird der Behälter aus dem Ver¬ fahren ausgeschleust. Auf diese Weise können Aus¬ schleusungen auf ein Minimum reduziert werden, die dazu führen, daß weitere Bearbeitungsgänge außerhalb des normalen Arbeitsablaufs durchgeführt werden müs¬ sen. Durch die Energiezufuhrumkehr kann also eine weitere Verbesserung des Verschließverfahrens er¬ reicht werden.
Durch die Möglichkeit der Energieumkehr ist es auch möglich, den Verschluß 3 nach dem ersten Aufsetzen auf den Behälter 1 entgegen der Verschlußrichtung zu drehen. Auf diese Weise kann eine optimale Aus¬ richtung des im Verschluß vorgesehenen Gewindes ge¬ genüber dem Behältergewinde erfolgen. Nach einer ge¬ wissen Linksdrehung rastet der Verschluß auf dem Be¬ hälter ein, was beispielsweise dadurch festgestellt werden kann, daß eine Axialbewegung des Verschlusses gegenüber dem Behälter erfolgt. Diese Bewegung kann durch einen geeigneten Wegsensor abgetastet werden.
Die Drehung des Verschlusses entgegen der Ver¬ schließrichtung führt bei Schraubverschlüssen mit ei¬ nem Garantiering dazu, daß letzterer optimal aus¬ gerichtet wird. Dadurch wird ein Verklemmen des Ga- rantierings während des nachfolgenden Zuschraubenε des Verschlusses vermieden.

Claims

Ansprüche
1. Drehvorrichtung für Schraubverschlüsse, insbe¬ sondere aus Kunststoff, für Behälter, mit einem An¬ trieb, einer die Energiezufuhr des Antriebs beein¬ flussenden, als Drehmomentbegrenzungseinrichtung dienenden Steuereinrichtung, die einen Drehmoment¬ sensor sowie einen Drehwinkelsensor umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (19) den Drehwinkel erst nach Erreichen eines vorbestimmten Verschließmoments (Ml) erfaßt.
2. Drehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (19) so ausge¬ legt ist, daß der Drehwinkel, um den der Schraub¬ verschluß (3) nach Erreichen des bestimmten Ver¬ schließmoments (Ml) weitergedreht wird, auf einen vorgebbaren Wert begrenzbar ist.
3. Drehvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (19) zur Erfassung des momentanen Drehmoments mindestens eine der Energiezufuhr des Antriebs zugeordnete Strom- und/oder Spannungserfasεungseinrichtung auf¬ weist.
4. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein¬ richtung (19) die zeitliche Änderung des Ver¬ schließmoments erfaßt.
5. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein¬ richtung (19) zur Erfassung des Verschließmoments und/oder der zeitlichen Änderung des Verschließmo¬ ments mindestens einen Sensor (13) zur Ermittlung des Versorgungsstroms und/oder der Versorgungsspan¬ nung des Antriebs der Verschließeinrichtung (7) aufweist.
6. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein¬ richtung (19) mindestens eine Komparatorschaltung (21) aufweist, die das momentan erreichte Ver¬ schließmoment mit einem vorgebbaren Wert für das Moment (Ml, M2, M3) vergleicht.
7. Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerein¬ richtung (19) eine Energiezufuhrumkehrschaltung zu¬ geordnet ist.
8. Drehvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Energiezufuhrumkehrschaltung ein das Öffnungsmoment (Mö) erfassender Drehmomentsen¬ sor (15) zugeordnet ist.
9.Drehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (19) als RegelSchaltung ausgelegt ist.
10. Verfahren zum Aufbringen von Schraubverschlüs¬ sen, insbesondere aus Kunststoff, auf Behälter, insbesondere mittels einer Drehvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Schraubverschluß (3) bis zum Erreichen eines vorgegebenen Verschließmoments (Anlegemoment Ml) zugeschraubt, dann der Drehwinkel und/oder die zeitliche Änderung des Verschließmoments erfaßt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das am Schraubverschluß (3) wirkende Drehmoment mit Hilfe eines Drehmomentsensors (15) oder mittels einer der Energiezufuhr des Antriebs der Drehvorrichtung zugeordneten Strom- und/oder Spannungserfassungseinrichtung erfaßt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das momentane Ver¬ schließmoment mit einem vorgebbaren Momentenwert (M2) verglichen wird und/oder der momentane Dreh¬ winkel mit einem vorgebbaren Drehwinkel (W) vergli¬ chen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Energiezu- fuhrumkehrung das momentane Öffnungsmoment erfaßt wird, sobald der Drehwinkel >0° ist.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß als vorgegebenes Verschließmoment ein über dem gewünschten Verschließmoment (M2) liegen¬ des Grenzmoment (Mg) gewählt wird, und daß nach Er¬ reichen dieses Grenzmoments der Verschluß um einen vorgebbaren Drehwinkel entgegen der Verschließein¬ richtung gedreht wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Behältern (1) , bei denen fehlerhafte Winkel- und/oder Momentenwerte festgestellt werden, mindestens ein erneuter Ver¬ schließvorgang eingeleitet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Behälter (1) , bei denen fehlerhafte Winkel- und/oder Momentenwerte festge¬ stellt wurden, aussortiert werden.
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