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Dokumentenidentifikation DE102005010786B4 22.02.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Verschließen von Behältern durch Schraubverschlüsse
Anmelder OPTIMA packaging group GmbH, 74523 Schwäbisch Hall, DE
Erfinder Fischer, Ludwig, 74541 Vellberg, DE
Vertreter Patentanwälte Ruff, Wilhelm, Beier, Dauster & Partner, 70174 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 01.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005010786
Offenlegungstag 07.09.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.02.2007
IPC-Hauptklasse B65B 7/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B67B 3/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B65B 3/26(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Anwendungsgebiet und Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschließen von Behältern durch Schraubverschlüsse. Dazu hat die Anmelderin in einer Verschließmaschine mit der Bezeichnung „CONTILINE" eine Verschließstation entwickelt, bei der die Behälter (Gebinde) in Drehteller eingeschleust und dort in Aufnahmen gehalten werden. Darüber dreht sich mit dem Drehteller die Verschluss-Aufsetzstation mit drehbaren Greifern, die von Drehantrieben angetrieben sind. Sie übernehmen die Verschlüsse, setzen sie auf die Behälter auf und schrauben durch Drehantrieb der Verschlussdeckel diese auf die Behälter.

Die DE 39 27 491 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Füllen und Verschließen von Behältern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2. Bei ihr wird zum Verschließen der Behälter der aufgesetzte Deckel drehfest gehalten, während der Behälter von einem Drehantrieb gedreht wird.

Auch bei den DE 43 15 111 C2, DE 198 54 709 A1 und DE 85 19 832 U1 sind Schraubverschließvorrichtungen bekannt geworden, bei denen der Behälter drehend angetrieben werden.

Die US 2002/0148205 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Verschließen von Behältern mit Schraubkappen, bei der der Behälter drehfest gehalten und der Schraubdeckel von einem Schraubkopf aufgesetzt wird, der von einem Drehantrieb, also einem Servomotor, zum Aufschrauben gedreht wird. Durch Messung der elektrischen Daten des Motors oder durch eine Lastzelle wird das Drehmoment gemessen, mit dem der Motor den Schraubkopf antreibt.

Aufgabe und Lösung

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei denen sichergestellt ist, dass beim Öffnen des Schraubverschlusses für jeden Behälter eine stets gleich große Kraft erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 2 gelöst und durch die Unteransprüche weiter ergänzt.

Da mittels eines Drehmomentsensors das auf die Verschlussgreifer wirkende Drehmoment gemessen wird, wird damit das tatsächlich am Verschluss ankommende Aufschraubmoment gemessen, und zwar unabhängig von Faktoren, die für die sichere Aufschraubung unerheblich sind, beispielsweise unterschiedliche Reibung im Aufschraubgewinde. Gemessen wird damit das Drehmoment, das später zum Wiederaufschrauben aufgewendet werden muss. Abhängig von dieser Drehmomentmessung werden die Drehantriebe für die Behälter, vorzugsweise einzeln ansteuerbare Elektromotoren, geregelt bzw. abgeschaltet.

Aus der Erfindung ergibt sich ein weiterer Vorteil. Dadurch, dass bei der Erfindung nicht der Deckel, sondern der Behälter gedreht wird, kann der Überbau über dem Behälter, also der die Verschlussgreifer enthaltende Teil, als ein Stern mit sehr schmalen und beim Umlaufen luftwiderstandsarmen Armen gebaut werden. Es kann somit sehr wirkungsvoll ein Reinluftsystem mit laminar fallender Luftströmung eingesetzt werden, das unter der Fachbezeichnung LF (laminar flow) bekannt ist. Dabei wird gefilterte Reinluft in eine z.B. durch flexible Vorhänge begrenzte Zelle beruhigt eingeleitet, sinkt unter weitgehender Beibehaltung der Laminarität nach unten und tritt in Bodennähe aus. Die dünnen Arme der Verschlussgreifer stören diese Laminarströmung kaum, im Gegensatz zu einer Anordnung, bei der jeder Deckelgreifer einen Drehantrieb enthalten müsste. Die Drehantriebe für das Aufschrauben sind in dem Drehteller unter den Behälteraufnahmen angeordnet und stören dort die Luftströmung nicht, weil dort der Reinluftbereich bereits beendet ist.

Es wird eine Verschließstation für Behälter mit Schraubverschluss in einem Verschließ-Drehteller mit Behälteraufnahmen geschaffen, die von Drehantrieben um die Behälterachse drehbar sind. Die Schraubverschlüsse werden von relativ dünnen, bei ihrer Drehung luftwiderstandsarmen spinnenartigen Armen eines Deckelaufsetzsterns mit Haltern oder Greifern gefasst und auf die Behälteröffnungen der gefüllten Behälter aufgesetzt. Die drehend angetriebenen Behälter schrauben die drehfest gehaltenen Verschlussdeckel auf. Eine Drehmoment-Messzelle in jedem Deckelaufsetz-Arm misst das auf den Verschluss resultierend ausgeübte Drehmoment und regelt bzw. beendet den Aufschraub-Antrieb.

Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein und vorteilhafte Ausführungen darstellen können. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf eine Füll- und Verschließmaschine mit einer Verschließstation,

2 eine schematische perspektivische Ansicht einer Verschließstation und

3 ein Detail aus 2.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

1 zeigt eine Füll- und Verschließmaschine 11, der auf einer Transportstrecke 12 Behälter 13, z.B. Flaschen oder Dosen aus Glas, Kunststoff, Porzellan oder dgl. offen und leer, in Transportrichtung 14 zugeführt werden. Sie werden in einer Füllstation 15 mit dem für sie bestimmten Produkt gefüllt, und zwar über mit der Transportgeschwindigkeit der Behälter mitlaufende Fülldüsen. Sie laufen dann auf der Transportstrecke weiter zu einer Verschließstation 16, wo sie mit Schraubverschlüssen 17 verschlossen werden.

Wie 2 zeigt, ist die Verschließstation 16 mit mehreren Drehtellern versehen, und zwar einem Behälter-Übergabeteller 18, einem das Verschließen durchführenden Drehteller 19 und einem Auslaufdrehteller 20, der zugleich die Schraubverschlüsse 17 den Verschließdrehtellern 19 zuführt.

Der Behälter-Übergabeteller 18 hat an seinem Umfang zahlreiche etwa der Behälterform angepasste Ausnehmungen 21 und daher etwa die Gestalt eines Kettenrades oder Sterns. Er übernimmt die Behälter von einem die Transportstrecke 12 bildenden Schraubenförderer 20 mit zwei synchronisiert zusammenwirkenden Förderschrauben oder -schnecken 22, von denen eine im Bereich des Übergabetellers 19 kürzer ist und so die Behälter in die Aufnahmen 21 einführt. Von dort laufen die Behälter, von dem um eine vertikale Achse drehbaren Teller einseitig erfasst und in einer Führungsbahn 23 geführt, um etwas mehr als eine viertel Umdrehung auf den Verschließdrehteller 19 zu, der an seinem Umfang Behälteraufnahmen 25 hat, in die die Behälter 13 gestellt und auf beliebige Weise, z.B. Klemmen 51 oder durch Saugwirkung, gehalten werden.

Zahlreiche Behälteraufnahmen 25 sind in dem Verschließdrehteller 19 nahe seines Außenumfanges angeordnet, jedoch auf diesem selbst drehbar, und zwar um eine Behälterachse 26, die nicht unbedingt die Mittelachse des Behälters, jedoch die Mittelachse eines Schraubgewindes 27 an der Behälteröffnung ist. Jede Behälteraufnahme ist durch einen unabhängigen Elektromotor angetrieben, der in 2 nur schematisch angedeutet ist. Er bildet den Drehantrieb 29 der Behälteraufnahme 25 und ist mit dieser direkt oder über ein Getriebe gekoppelt und unabhängig von den Drehantrieben der übrigen Behälteraufnahmen ansteuerbar.

Zusammen mit dem Verschließdrehteller dreht sich ein Deckel-Aufsetzstern 30. Er hat für jede mit einer Behälteraufnahme 25 versehene Verschließeinheit einen radial ausragenden Arm 31 mit einer oberen Strebe 50, der von einem vertikalen Ständer 32 abnagt (s. 3). An einer vertikalen Haltestange 33, die am äußeren Ende der Strebe 50 nach unten ragt, ist ein Verschlusshalter 34 mit einem Greifer für den Schraubverschluss 17 vorgesehen. Der Greifer kann pneumatisch, elektrisch oder mechanisch betätigt werden und ist dazu vorgesehen, den Schraubverschluss vertikal von oben auf die Behälteröffnung 28 aufzusetzen, ohne jedoch selbst um die Achse 26 gedreht zu werden.

Der für das Aussetzen der Greifer 34 mit den Schraubkappen 17 erforderliche vertikale Hub wird durch einen nicht dargestellten Linearantrieb verwirklicht, der den Ständer 32 vertikal anhebt und absenkt.

In die Stange 33, die an dem einen Ende den Greifer trägt und an ihrem anderen Ende von dem Arm 31 ausgeht, ist ein Drehmomentsensor 35 eingefügt, der über ein nicht dargestelltes Steuer- und Regelgerät den Drehantrieb 29 beeinflusst. In der einfachsten Ausführung könnte es die Abschaltung des Drehantriebes 29 bewirken, wenn ein bestimmtes voreingestelltes Drehmoment von dem Sensor 35 ermittelt wird.

Anschließend an einen halben bis dreiviertel Umfangsabschnitt des Verschlussdrehtellers 19 tangiert bzw. überlappt dieser Drehteller 19 den Auslaufdrehteller 20. Die Behälter 13 werden in gleicher Weise wie anläßlich des Übergabetellers 18 beschrieben in Ausnehmungen 21 dieses Drehtellers aufgenommen und somit von dem Verschlussdrehteller 19 auf einen Auslauf übergeleitet, wo sie in beliebiger Weise weitergeleitet und verpackt werden können.

Der Auslaufdrehteller enthält eine untere Scheibe 36, die die Ausnehmungen 21 trägt und damit die Behälter führt und zusätzlich eine obere Scheibe 37, die sägezahnartig ausgebildet ist und in entsprechenden einseitig abgeschrägten Ausnehmungen 38 die Schraubverschlüsse von einer Zufuhrbahn 39 abnimmt und auf einer außen durch eine Abdeckung 40 begrenzten Bahn dem mit dem Verschlussdrehteller 19 mitdrehenden Deckelstern 30 zuführt, wo sie von den Greifern bzw. Verschlusshaltern 34 übernommen und über die Behälteröffnungen gebracht werden.

Durch die Pfeile 42 in 2 ist symbolisiert, dass die Verschließstation und mit ihr auch die gesamte Füll- und Verschließmaschine 11 sich in einer kontaminationsarmen Zelle 43 befindet, die beispielsweise durch flexible Kunststoffvorhänge von den übrigen Produktionsräumen abgeteilt ist und in die im oberen Teil gefilterte, im Folgenden als Reinluft bezeichnete Luft beruhigt eingeführt wird, die weitgehend laminar nach unten sinkt und durch Schlitze unter den Vorhängen 44 austritt. Die laminare Abwärtsströmung ist notwendig, um keinen Staub oder andere Luftverschmutzungen aufzuwirbeln, die in die noch offenen Behälter gelangen könnten. Der relativ widerstandsarm drehende Deckelstern 30, der als einziges über der Ebene der Flaschenöffnungen liegt, ermöglicht es, die Luftströmung weitgehend laminar zu halten, zumindest keine erheblichen Turbulenzen zu erzeugen.

Die Funktion der Verschließstation 16 ist wie folgt:

Nach dem Befüllen der Behälter werden diese mit unverschlossener Öffnung von der Transportstrecke 12 in die Ausnehmungen 21 des Übergabetellers 18 eingeführt und auf der Führungsbahn 23 dem Verschließdrehteller 19 zugeführt, wo sie in die Behälteraufnahmen 25 gesetzt und dort festgehalten werden. Die Schraubverschlüsse 17 werden von der Zuführbahn 39, wo sie dicht an dicht mit ihrer Schrauböffnung nach unten auf den Auslaufdrehteller 20 zu transportiert wurden, in desen Ausnehmungen 38 übernommen und bis zu einer den Verschlussdrehteller tangierenden Position transportiert, wo sie jeweils von einem Verschlusshalter 34 ergriffen und übernommen werden. Dazu wird der Arm 31 durch Absenkung des Ständers 32 auf den Schraubverschluss 17 gebracht. Der Schraubverschluss 17 läuft dann mit dem Arm in eine Position um, in der er über der Behälteröffnung ist. Ggf. kann danach der Arm 31 wieder angehoben werden, bis er über der Behälteröffnung 28 in der Aufsetzposition 45 ist. Danach wird der Schraubverschluss auf die Behälteröffnung aufgesetzt und der Behälter wird durch den Drehantrieb 29 um die Achse 26 gedreht, um den von dem Arm 31 festgehaltenen Schraubverschluss 17 auf die Behälteröffnung 28 zu schrauben. Dazu kann entweder der Arm 31 mit dem axialen Schraubvorschub abgesenkt werden oder es kann ein entsprechender axialer Leerlauf für den Verschlusshalter 34 vorgesehen werden. Das Aufschrauben kann sehr sorgsam erfolgen, da dafür mehr als eine halbe Umdrehung des Verschlussdrehtellers 19 zur Verfügung steht.

Das von dem sich drehenden Behälter über das Schraubgewinde auf den Schraubverschluss übertragende Drehmoment wird von dem Drehmomentsensor 35 gemessen und in dem nicht dargestellten Steuergerät so verarbeitet, dass ein voreingestellter Drehmomentwert nicht überschritten wird. Dabei ist es unerheblich, ob das Gewinde leicht- oder schwergängig ist, was beispielsweise durch Einflüsse vom Befüllen oder von der Behälterherstellung unterschiedlich sein kann. In jedem Falle wird der Verschluss mit einem eingestellten resultierenden Drehmoment auf der Behälteröffnung sitzen und entsprechend auch mit einem solchen Drehmoment wieder abzuschrauben sein.

Nach dem Ausschleusen der gefüllten und nunmehr auch verschlossenen Behälter aus dem Verschlussdrehteller 19 werden die entsprechenden Behälteraufnahmen 25 wieder frei, um an der Aufnahmeposition 45 einen neuen Behälter aufzunehmen.


Anspruch[de]
Verfahren zum Verschließen von Behältern (13) durch Schraubverschlüsse (17), wobei die Schraubverschlüsse (17) auf die Behälter aufgesetzt und um ihre Mittelachse im wesentlichen drehfest gehalten und zum Aufschrauben der Schraubverschlüsse (17) die Behälter (13) um ihre Öffnungsachse (26) gedreht werden, dadurch gekennzeichnet, dass das beim Aufschrauben auf die Schraubverschlüsse (17) einwirkende Drehmoment gemessen und die Steuerung des Drehantriebs (29) der Behälter (13) in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Drehmomentmessung erfolgt. Vorrichtung zum Verschließen von Behältern (13) durch Schraubverschlüsse (17) mit einer Verschließstation (16), in der Verschlusshalter (34) die Schraubverschlüsse (17) auf die in Behälteraufnahmen (25) aufgenommenen Behälter (13) aufsetzen und drehfest halten, und mit einem Drehantrieb für die Behälteraufnahmen (25) zum Aufschrauben der Schraubverschlüsse (17), dadurch gekennzeichnet, dass die Drehantriebe (29) der Behälteraufnahmen (25) voneinander unabhängige, in Abhängigkeit von dem Messergebnis jeweils eines mit dem Verschlusshalter (34) verbundenen Drehmomentsensors (35) regel- bzw. abschaltbare Elektromotoren enthalten. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälteraufnahmen (25) und ihre Drehantriebe (29) in einem Drehteller (19) aufgenommen sind. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusshalter (34) an einem mit dem Drehteller (19) drehbaren Stern (30) angeordnet sind und Greifer zur Übernahme und zum Halten während des Aufschraubens aufweisen. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusshalter (34) über einen Drehmomentsensor (35) mit dem Stern (30) verbunden sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschließstation (16) in einer kontaminationsarmen Zelle (43), insbesondere mit laminar fallender Luftströmung (LF), angeordnet ist, und ein drehbarer, die Schraubverschlüsse zuführender und haltender Stern (30) verwirbelungsarm ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusshalter (34) an Armen (31) mit geringer Anströmfläche in Drehrichtung angeordnet sind.






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