[0001] Vorrichtung und Verfahren zum Aufschrauben von Schraubverschlüssen, insbesondere
von Schraubverschlüssen mit einem einen Transferring am Flaschenhals übergreifenden
Originalitätssicherungsring, umfassend einen drehantreibbaren, die Schraubkappe er-
bzw. übergreifenden Schraubansatz, der am freien vorderen Ende einer Antriebswelle
angeordnet ist, Wobei die Antriebswelle über eine erste elektromagnetische Kupplung
an die drehangetriebene Welle eines Drehantriebes ankoppelbar ist, wobei der Schraubansatz
zum Angriff an der Schraubkappe auf- und abbeweglich gelagert ist, wobei zwischen
der den Schraubansatz tragenden Antriebswelle und dem die erste Magnetkupplung umgebenden
drehfesten Kupplungsgehäuse eine zweite Brems-Magnetkupplung angeordnet ist, und wobei
ein Sensor zur Erfassung des Aufschraubdrehmoments vorgesehen ist.
[0002] Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei welchem vorgesehen ist, daß gegen
das Ende des Aufschraubvorganges zu durch eine elektromagnetische Brems-Kupplung der
Drehantrieb abgebremst wird.
[0003] Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus DE 41 31 910 A1
der Anmelderin bekannt.
[0004] Die Erfindung geht davon aus, daß - wie bereits in der gattungsbildenden Druckschrift
diskutiert - bei herkömmlichen Schraubvorrichtungen und Verfahrens es zwar möglich
ist, eine auf einen gefüllten Behälter lose aufgesetzte Verschlußkappe automatisch
festzuschrauben. Der Drehantrieb und die elektromagnetische Kupplung sind bei vorbekannten
Anordnungen aber so ausgelegt, daß der Schraubwiderstand beim Aufschrauben zuverlässig
überwunden wird. Um dies zu erreichen, muß das Drehmoment relativ hoch eingestellt
werden, so daß gewährleistet ist, daß Unregelmäßigkeiten, z.B. am Gewindehals von
Glasflaschen, und der erhöhte Widerstand beim Überstreifen des Originalitätssicherungsringes
an der Kappe über einen Transferring an der Flasche zuverlässig überwunden werden.
Dies führt aber auch dazu, daß in manchen Fällen das Schließdrehmoment so hoch ist,
daß der aufgeschraubte Verschluß von älteren oder gebrechlichen Personen kaum mehr
geöffnet werden kann.
[0005] Der Losung dieses Problems ist man durch die Maßnahme gemäß der DE 41 31 910 A1 der
Anmelderin erheblich nähergekommen. Danach wurde eine elektromagnetische Bremskupplung
installiert, welche in Abhängigkeit von dem Erreichen eines maximalen Weg- oder Zeitpunktes
beim Aufschraubvorgang oder aber auch einer bestimmten Drehmomentschwelle voll aktiviert
wurde, um auf diese Weise das auf die Schraubkappe übertragene Drehmoment möglichst
schnell gegen Null zu bringen.
[0006] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung
und das gattungsgemäße Verfahren noch weiter zu verbessern, so daß man hierdurch auch
höchsten Anforderungen an ein definiertes Verschlußdrehmoment, wie sie insbesondere
von der pharmazeutischen Industrie beim Aufdrehen von Verschlußkappen für Arzneimittelflaschen
gestellt werden, gerecht werden kann.
[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor zur Erfassung des
Drehmoments als kontinuierlich das jeweils anliegende Drehmoment erfassender Drehmomentgeber
ausgebildet ist, daß dem Drehmomentgeber ein Regler derart nachgeordnet ist, daß das
Ausgangssignal des Drehmomentgebers als Ist-Wert des Drehmoments dem Regler zugeführt
wird, wobei ein Ausgang des Reglers mit der Brems-Magnetkupplung verbunden ist, um
durch Vergleich von einem abgespeicherten Sollwert bzw. Sollwertverlauf mit dem vom
Drehmomentgeber gelieferten Ist-Werten und durch Einwirkung auf die Stromstärke bzw.
Bestromungsdauer bzw. Bestromungsimpulsdauer der Brems-Magnetkupplung die vorgegebenen
Soll-Werte einzuregeln.
[0008] Durch diese Ausgestaltung wird also die Brems-Magnetkupplung nicht nur dazu verwendet,
das Drehmoment ab einer bestimmten Wegstrecke möglichst schnell gegen Null zu bringen,
sondern es wird ein ganz definiertes Drehmoment eingeregelt, so daß ein vorgegebenes
Verschlußdrehmoment zuverlässig erreicht wird. Hierdurch kann eine grundsätzlich verbesserte
Reproduzierbarkeit des Verschließvorganges erzielt werden, wobei einerseits gewährleistet
ist, daß die Verschlußkappe stets vollständig aufgeschraubt wird und andererseits
ein zu hohes Verschließdrehmoment, welches das Wiederöffnen behindert, vermieden wird.
[0009] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Einrichtung zur Erfassung des Absenkweges
vorgesehen, deren Ausgang mit einem Eingang des Reglers verbunden ist. Diese Einrichtung
ist günstigerweise als Inkrementalgeber ausgebildet, wobei vorgesehen sein kann, daß
an der Außenseite des Gehäuses der Vorrichtung eine Zahnstange angeordnet ist, in
die ein Zahnrad des ortsfest gelagerten Inkrementalgebers eingreift.
[0010] Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren, welches sich
dadurch auszeichnet, daß in dem Regler ein gewünschter Verlauf des Drehmoments in
Abhängigkeit von der Aufschraubwegstrecke abgespeichert wird, daß bei jedem einzelnen
Aufschraubvorgang der Absenkweg mittels eines entsprechenden Gebers erfaßt wird, und
daß das für den jeweiligen Betrag des Absenkweges abgespeicherte Soll-Drehmoment mit
dem von dem Drehmomentgeber ermittelten Ist-Drehmoment verglichen und entsprechend
der Abweichung die Bremskupplung mehr oder weniger stark in Eingriff gebracht wird.
[0011] Die Aktivierung der Bremsmagnetkupplung in Abhängigkeit von der erforderlichen Korrektur
kann so erfolgen, daß die Amplitude des Stroms durch die Magnetwicklungen geändert
wird oder daß mit einer Art Pulsbreitenmodulation gearbeitet wird, so daß die effektive
Bestromungsdauer durch Änderung der Breite und gegebenenfalls zuzüglich der Höhe der
Impulse geändert werden kann. Im Rahmen der Erfindung wird vorzugsweise die Regelung
ausschließlich über die Bremskupplung durchgeführt, wohingegen die Antriebskupplung
permanent und gleichmäßig bestromt bleibt. Dies setzt naturgemäß voraus, daß die Bremswirkung
der Bremskupplung und dementsprechend deren Dimensionierung so ist, daß trotz aufrechterhaltener
Bestromung der Antriebskupplung eine Abbremsung gegebenenfalls bis zum Drehmoment
Null möglich ist.
[0012] Günstigerweise ist vorgesehen, daß die Regelung des Drehmoments bei derjenigen Absenkwegstrecke
einsetzt, die dem Übergreifen der Unterkante des Transferringes durch die Unterkante
des Originalitätssicherungsringes an der Verschlußkappe entspricht. Bis zu diesem
Zeitpunkt bzw. Wegpunkt muß nämlich mit einem relativ hohen Drehmoment gearbeitet
werden, um einerseits Unregelmäßigkeiten im Gewinde und andererseits die durch den
Transferring bedingte Verdickung überwinden zu können. Danach sinkt das erforderliche
Drehmoment erheblich ab, und es wird dann mit der erfindungsgemäßen Regelung gearbeitet,
um das gewünschte Verschlußdrehmoment zu erreichen.
[0013] Dabei kann man günstigerweise so vorgehen, daß nach Beginn der Regelung das Aufschraubdrehmoment
zunächst konstant gehalten und dann auf einen dem angestrebten Verschließdrehmoment
entsprechenden Endwert erhöht wird. Hierdurch ist es möglich, nach der Phase stark
erhöhten Drehmomentes zunächst einen definierten Zustand über eine gewisse Wegstrecke
bzw. einen gewissen Zeitraum einzustellen, bis dann ausgehend von diesem definierten
Niveau der Endwert des Verschließdrehmoments eingestellt wird.
[0014] Mit Vorteil wird nach Erreichen dieses vorgegebenen Verschließ-Drehmomentwertes die
Regelung eingestellt und vom geregelten Betrieb übergegangen in einen Zustand, wo
die maximale Bremswirkung ausgenutzt und das auf die Schraubkappe wirkende Drehmoment
gegen Null gebracht wird. Es ist dementsprechend gewährleistet, daß die Schraubkappe
eine definierte Endposition und gleichzeitig ein definiertes Verschließdrehmoment
aufweist.
[0015] Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen
sein, daß ein Ausgang des Reglers mit einem Speicher oder Schreiber zur Protokollierung
der bei jedem einzelnen Aufschraubvorgang erreichten Drehmomentwerte verbunden ist.
Es kann dementsprechend beim Verschließen von Flaschen mit hochwertigen Produkten,
insbesondere also im Pharmabereich, ein hohes Maß an Qualitätssicherung der abgefüllten
Flaschen erreicht werden, welches mit herkömmlichen Verschließtechniken nicht möglich
war.
[0016] Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es schließlich noch möglich, daß dann,
wenn aufgrund der individuellen Gegebenheiten bei einem bestimmten Schraubvorgang
das vorgesehene Verschließdrehmoment nicht erreicht wird, eine Fehlermeldung abgegeben
und gegebenenfalls ein Auswerfer zum Aussondern der dementsprechend nicht ordnungsgemäß
verschlossenen Flasche aktiviert wird.
[0017] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in
Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
- Fig. 1
- einen schematischen Längsschnitt durch den mechanischen Teil einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
- Fig. 2
- ein Diagramm zur Veranschaulichung des Drehmomentenverlaufs in Abhängigkeit von dem
Aufschraubweg bzw. den verschiedenen Aufschraubphasen und
- Fig. 3
- ein Diagramm zur Veranschaulichung des Drehmoments in Abhängigkeit von dem Verschraubweg
längs des Flaschenhalses.
[0018] Insoweit noch in Übereinstimmung mit der Ausführungsform gemäß der gattungsbildenden
DE 41 31 910 A1 umfaßt die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung einen Schraubansatz
1, der so dimensioniert ist, daß er eine in Fig. 1 nicht dargestellte, auf einen Behälterhals
lose aufgesetzte Schraubkappe ergreifen kann. Der Schraubansatz ist an einer Antriebswelle
2 befestigt, welche über ein Kugellager 3 zur Aufnahme der radialen Kräfte und ein
Axial-Kugellager 4 zur Aufnahme der axialen Kräfte in einem ersten Gehäuseteil 5 gelagert
ist. Durch zwei Sternkupplungen 29 bzw. 30 ist die Antriebswelle 2 mit der Antriebswelle
12 drehfest mit dazwischenliegendem Drehmomentgeber verbunden.
[0019] Dieser Drehmomentgeber Md wird durch ein als solches handelsübliches und deshalb
im einzelnen nicht dargestelltes Produkt gebildet. Aufgrund seiner Anordnung kann
dieser Drehmomentgeber Md das Aufschraubdrehmoment erfassen, welches durch den Aufschrauber
1 übertragen wird.
[0020] Eine magnetisierbare Scheibe 6 mit einem die Antriebswelle 12 umfassenden Flanschansatz
bildet zusammen mit einer Spule 8, die über eine schematisch angedeutete Leitung 9
mit Strom versorgt wird, eine elektromagnetische Kupplung 10. Die magnetisierbare
Scheibe 6 bzw. der Flanschansatz 7 sind mit der Antriebswelle 12 drehfest verbunden.
Die Spule 8 ist relativ zu dem Gehäuseteil 5 drehfest angeordnet.
[0021] Oberhalb der Spule 8 ist eine Spule 13 angeordnet, die gegenüber dem Gehäuseteil
5 ebenfalls drehfest angebracht ist, und in welche ein mit der Welle 28 drehfest verbundenes
magnetisches Flanschteil 14 eingreift.
[0022] Über einen schmalen horizontalen Spalt, von dem Flanschteil 14 mittels eines Axialkugellagers
15 getrennt, ist ein entsprechendes Flanschteil 16 gelagert, welches drehfest mit
der Welle 17 durch eine Zahnkupplung 11 mit einem als solchen nicht dargestellten
Drehantrieb verbunden ist.
[0023] Die beiden Flanschteile 14 und 16 bilden zusammen mit der Spule 13 eine Magnetkupplung
20. Diese erste Magnetkupplung 20 übertragt ein definiertes Drehmoment entsprechend
dem über eine Leitung 21 der Spule 13 zugeführten Strom von der Welle 17 auf die Antriebswelle
12 und über den Drehmomentgeber Md auf die Welle 2, welche den Schraubansatz 1 trägt.
Dementsprechend fungiert die Magnetkupplung 20 als Antriebs-Kupplung.
[0024] Zum Aufschrauben wird, nachdem unterhalb der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung
beispielsweise eine Arzneimittelflasche mit einer lose aufgesetzten Schraubkappe positioniert
wurde, das Gehäuse 5 bzw. 19 über die Grundplatte 22 in Richtung des Pfeils 23 abgesenkt,
wobei die erste Kupplung 20, also die Antriebskupplung, durch Einschalten des Stroms
durch die Spule 13 aktiviert wird. Dementsprechend dreht sich der Schraubansatz 1
und die Schraubkappe wird aufgeschraubt, wobei die Gehäuse 5, 19 zusammen mit dem
Drehantrieb kontinuierlich weiter abgesenkt werden. Der Fortschritt des Absenkvorganges
wird erfaßt durch eine an der Außenseite der Grundplatte 22 angebrachte Zahnstange
25, die ein Zahnrad 26 eines in der Zeichnung nicht dargestellten Inkrementalgebers
antreibt, wobei das Zahnrad 26, wie bei 27 angedeutet, ortsfest gelagert ist.
[0025] Der Verlauf des Aufschraubvorganges und dessen Beendigung durch die Bremskupplung
10 im Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen Regelung aufgrund der Ist-Wert-Erfassung
durch den Drehmomentgeber Md wird nachfolgend in Verbindung mit Fig. 2 und 3 näher
beschrieben.
[0026] In Fig. 2 ist das Aufschraubdrehmoment F in Abhängigkeit von der Aufschraubwegstrecke
s, d.h. von der fortschreitenden Absenkbewegung des Schraubkopfes 1, wie sie von dem
Inkrementalgeber über das Zahnrad 26 erfaßt wird, aufgetragen.
[0027] Unterhalb der Achse s ist durch Pfeile jeweils angedeutet, ob eine Dreh-bzw. Absenk-
oder Anhebbewegung stattfindet. Weiterhin ist unterhalb der Achse s die jeweilige
Phase des Aufschraubvorganges dargestellt. Der Aufschraubvorgang wird dabei anhand
des Aufschraubens einer Verschlußkappe mit einem Originalitätssicherungsring und einem
Tropfeinsatz beschrieben, die auf eine Flasche aufgeschraubt wird, die ein Außengewinde
am Flaschenhals und einen Transferring aufweist, der nach dem Aufschrauben beim Verschließvorgang
und nach dem bei der Benutzung erfolgenden Abschrauben der Verschlußkappe den Originalitätssicherungsring
in an sich bekannter Weise am Flaschenhals zurückhält und damit erkennbar macht, daß
die Flasche bei der Benutzung bereits einmal geöffnet wurde.
[0028] Ausgehend von der in Fig. 2a dargestellten Position wird die Verschlußkappe in die
in Fig. 2b dargestellte Position abgesenkt, von der aus der Schrauber 1 in Eingriff
gebracht wird und die Verschlußkappe dreht, so daß deren Innengewinde mit dem Außengewinde
des Flaschenhalses in Eingriff kommt, wodurch sich das Drehmoment erhöht. Eine zusätzliche
Drehmomenterhöhung ist dadurch bedingt, daß der Tropfeinsatz ausgehend von dieser
Phase in das innere des Flaschenhalses eingeschoben wird und in die in Fig. 2c dargestellte
Position gelangt.
[0029] In der in Fig. 2c dargestellten Phase tritt eine weitere Erhöhung des Drehmoments
dadurch ein, daß der Originalitätssicherungsring 29 über die Kante des Transferrings
geschoben wird, bis der untere Rand des Originalitätssicherungsrings 29 über den unteren
Rand des Transferrings einrastet. In dieser Phase fällt das erforderliche Drehmoment,
wie zwischen den Phasen c und d in der Zeichnung dargestellt, plötzlich ab, und es
setzt hier nun ausgehend von diesem Weg-Punkt die erfindungsgemäße Regelung ein, wobei
in der Phase d unter Einregelung auf einen konstanten Drehmomentwert weiter nach unten
geschraubt wird und dann anschließend in der Phase e der Drehmomentwert bis zum angestrebten
Verschlußdrehmoment erhöht wird. Nach Erreichen dieses Wertes wird der durch mehr
oder weniger starkes Beaufschlagen der Brems-Kupplung 10 realisierte Regelvorgang
abgebrochen und die Bremse maximal aktiviert, so daß das Drehmoment auf Null gesetzt
wird und, wie durch den nach oben gerichteten Pfeil angedeutet, der Schraubansatz
nach oben gefahren wird.
[0030] In Fig. 3 ist der in Fig. 2 schematisch gezeichnete Drehmomentverlauf nochmals in
Abhängigkeit von der Geometrie des Flaschenhalses bzw. der Verschlußkappe dargestellt.
Dabei sind wiederum die vorstehend beschriebenen Phasen wie folgt zu berücksichtigen:
- A - B:
- Der Verschluß wird bis über den Transferring mit eingestelltem maximalen Drehmoment
und verhältnismäßig hoher Drehzahl ohne Einschalten der Bremse verschraubt.
- B - C:
- Der Transferring wird überschritten. Die Drehzahl wird auf ca. 10 % des vorherigen
Wertes abgebremst, um die Fliehkraft zu reduzieren.
- C - D:
- Mit niedriger Drehzahl wird bis auf den eingestellten Drehmomentwert geregelt. Das
Drehmoment steigt aufgrund der Pressung an. Durch die Regelung über die Erfassung
des Drehmoments und die Aktivierung der Bremse wird das eingestellte Drehmoment bis
zum Erreichen des Endes des Verschließvorganges gehalten.
- D - E:
- Um ein Überschrauben zu verhindern, wird die Bremse voll aktiviert.
1. Vorrichtung zum zum Aufschrauben von Schraubverschlüssen, insbesondere von Schraubverschlüssen
mit einem einen Transferring am Flaschenhals übergreifenden Originalitätssicherungsring,
umfassend einen drehantreibbaren, die Schraubkappe er- bzw. übergreifenden Schraubansatz,
der am freien vorderen Ende einer Antriebswelle angeordnet ist, wobei die Antriebswelle
über eine erste elektromagnetische Kupplung an die drehangetriebene Welle eines Drehantriebes
ankoppelbar ist, wobei der Schraubansatz zum Angriff an der Schraubkappe auf- und
abbeweglich gelagert ist, wobei zwischen der den Schraubansatz tragenden Antriebswelle
und dem die erste Magnetkupplung umgebenden drehfesten Kupplungsgehäuse eine zweite
Brems-Magnetkupplung angeordnet ist, und wobei ein Sensor zur Erfassung des Aufschraubdrehmoments
vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Erfassung des Drehmoments als kontinuierlich das jeweils anliegende
Drehmoment erfassender Drehmomentgeber (Md) ausgebildet ist, daß dem Drehmomentgeber
(Md) ein Regler derart nachgeordnet ist, daß das Ausgangssignal des Drehmomentgebers
(Md) als Ist-Wert des Drehmoments dem Regler zugeführt wird, wobei ein Ausgang des
Reglers mit der Brems-Magnetkupplung (10) verbunden ist, um durch Vergleich von einem
abgespeicherten Soll-Wert bzw. Soll-Wert-Verlauf mit den vom Drehmomentgeber (Md)
gelieferten Ist-Werten und durch Einwirkung auf die Stromstärke bzw. die Bestromungsdauer
bzw. Bestromungsimpulsdauer der Brems-Magnetkupplung (10) die vorgebenen Soll-Werte
einzuregeln.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erfassung des Absenkweges vorgesehen ist, deren Ausgang mit
einem Eingangsregler verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung des Absenkweges ein Inkrementalgeber ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Gehäuses (5) der Vorrichtung eine Zahnstange (25) angeordnet
ist, in die ein Zahnrad (26) des ortsfest gelagerten Inkrementalgebers eingreift.
5. Verfahren zum Aufschrauben von Schraubverschlüssen mittels einer Vorrichtung nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Regler ein gewünschter Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit von der Aufschraubwegstrecke
abgespeichert wird, daß bei jedem einzelnen Aufschraubvorgang der Absenkweg mittels
eines des entsprechenden Gebers erfaßt wird, daß das für den jeweiligen Betrag des
Absenkweges abgespeicherte Soll-Drehmoment mit dem von dem Drehmomentgeber ermittelten
Ist-Drehmoment verglichen und entsprechend der Abweichung die Bremskupplung mehr oder
weniger stark in Eingriff gebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Drehmoments bei derjenigen Absenkwegstrecke einsetzt, die dem Übergreifen
der Unterkante des Transferringes durch die Unterkante des Originalitätssicherungsringes
entspricht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beginn der Regelung das Aufschraubdrehmoment zunächst konstant gehalten und
dann auf einen dem angestrebten Verschließ-Drehmoment entsprechenden Endwert erhöht
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des vorgegebenen Verschließ-Drehmomentwertes die Regelung eingestellt
und unter Ausnutzung der maximalen Bremswirkung das auf die Schraubkappe wirkende
Drehmoment gegen Null gebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang des Reglers mit einem Speicher oder Schreiber zur Protokollierung der
bei jedem einzelnen Aufschraubvorgang erreichten Drehmomentwerte verbunden ist.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn aufgrund der individuellen Gegebenenheiten bei einem bestimmten Verschraubvorgang
das vorgesehene Verschließdrehmoment nicht erreicht wird, eine Fehlermeldung abgegeben
und gegebenenfalls ein Auswerfer zum Aussondern der dementsprechend nicht ordnungsgemäß
verschlossenen Flasche aktiviert wird.