[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschließmaschine gemäß des Oberbegriffs des
ersten Patentanspruchs.
[0002] Verschließmaschinen, insbesondere auch solche umlaufender Bauart, zum Verschließen
von Behältern wie z.B. Flaschen mit Verschlusskappen durch Aufschrauben sind grundsätzlich
bekannt (US 20 76 631). Die hierbei verwendeten Verschlusskappen bestehen beispielsweise
aus Metall (z. B. Aluminium), vorzugsweise aber auch aus Kunststoff. Diese aus Kunststoff
bestehenden Verschlusskappen sind mit einem Innengewinde vorgefertigt, mit welchem
sie zum Verschließen auf das an der Flaschenmündung vorgesehene Außengewinde der Flasche
aufgeschraubt und dort mit einem vorgegebenen Drehmoment festgedreht werden.
[0003] Dabei hat sich in der Vergangenheit besonders eine Bauweise durchgesetzt, bei der
in einem rotierend umlaufenden Rotor mehrere Schraubeinheiten vorgesehen sind, deren
Welle in der üblichen Ausführung von einem auf der Welle sitzenden Ritzel gedreht
wird, welches auf einem am Stator feststehenden Zahnkranz abläuft. Die Welle dreht
ihrerseits den Schraubkopf, dem die Kappe zuvor in den üblichen Klemmeingriff zugeführt
wurde. Die Schraubeinheiten werden beim Umlauf des Rotors nacheinander durch ihre
Höhensteuerung abwärts bewegt auf die darunter stehende
Flasche und schrauben dabei die Kappe auf die Flasche auf.
[0004] Aus der US 2987313 und der EP 0521581 A1 ist es bekannt, jede Schraubeinheit mit
einem eigenen Antriebsmotor zu versehen, dessen Welle achsparallel zur Welle der Schraubeinheit
angeordnet und mit dieser durch ein Getriebe gekoppelt ist. Nachteilig hierbei sind
der große Aufwand für die Getriebekopplung und die zusätzlichen Lagerstellen, die
mit der Vorrichtung umlaufen müssen, wobei die gesamte Schraubeinheit noch gegen die
Flasche bewegt werden muss.
[0005] Man hat im Stand der Technik versucht, bei kleinem Außendurchmesser der Schraubvorrichtung
die Drehzahl des Schraubkopfes unabhängig von der Umlaufdrehzahl des Rotors zu erhöhen,
um die Durchsatzleistung zu vergrößern. Es ist dazu bekannt, die Welle mit einem Übersetzungsgetriebe
zwischen Zahnkranz und Ritzel zu versehen, das die Drehzahl erhöht. Aus baulichen
Gründen bei der gegebenen engen Anordnung der Schraubeinheiten in einer Schraubvorrichtung
stößt dies jedoch auf erhebliche konstruktive Schwierigkeiten. Eine ähnliche Konstruktion
zeigt die EP0 690 020 A1. Bei dieser Konstruktion ergibt sich jedoch aus den dort
gewollten Gründen durch das Getriebe eine unerwünschte Drehzahlverringerung des Schraubkopfes.
Eine weitere ähnliche Konstruktion zeigt die DE 91 02 659 U1. Bei dieser Konstruktion
sind zwei Getriebe wahlweise für unterschiedliche Schraubtiefen umschaltbar vorgesehen,
was zu einer sehr aufwendigen Konstruktion führt.
[0006] Schließlich ist eine Vorrichtung zum Verschließen von Flaschen oder dergleichen Behälter
mit Verschluss- oder Schraubkappen mit mehreren am Umfang eines um eine vertikale
Maschinenachse umlaufenden Rotors gebildeten Verschließpositionen bekannt geworden,
denen die zu verschließenden Behälter an einem Behältereinlauf übergeben und die verschlossenen
Behälter an einem Behälterauslauf entnommen werden. Jede Verschließposition weist
einen Behälterträger und eine an einem unteren Ende mit einem Schraubkopf versehene,
um eine Behälter- bzw. Spindelachse drehbar gelagerte Schraubspindel auf, die um ihre
Spindelachse durch einen Antrieb rotierend antreibbar ist, wobei der Antrieb der Schraubspindeln
hinsichtlich des auf die Schraubköpfe übertragenen Drehmoments und/oder der Drehzahl
der Schraubköpfe einstellbar bzw. steuerbar ist.
[0007] Ebenfalls bekannt wurde eine Vorrichtung nach der DE 20218523. Bei dieser Vorrichtung
wurde besonderen Wert auf eine offene, leicht zu reinigende Bauweise gelegt, da das
geplante Hauptanwendungsgebiet dieser Verschließmaschine die kaltaseptische Abfüllung
ist.
[0008] Zur Reduzierung der Bauteile und der mit diesen im Zusammenhang stehenden zu reinigenden
Flächen, Spalten, Hinterschneidungen und Ritzen, ist bei dieser Vorrichtung vorgesehen,
die Verschlussköpfe höhenmäßig quasi feststehenden auszubilden und jedem dieser Verschlussköpfe
einen Antriebsmotor zuzuordnen, welcher den Verschlusskopf direkt also ohne zusätzliches
Getriebe antreibt.
[0009] Die zu verschließenden Flaschen werden dabei aus einer unteren Einlaufposition in
eine obere Verschlussposition und dann wieder in eine untere Auslaufposition bewegt.
[0010] Mit der Vorstellung der DE 202 18 523 wurden hinsichtlich des Reinigungsaufwandes
und der Prozesssicherheit insbesondere bezüglich der kaltaseptischen Abfüllung große
Fortschritte erzielt, doch haben weitergehende Untersuchungen und Analysen weiteres
Verbesserungspotenzial aufgezeigt.
[0011] Aufgabe und Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verschließmaschine auszubilden,
bei welcher die Reinigung der Maschinen und Anlagen und die Prozesssicherheit insbesondere
- aber nicht ausschließlich - der kaltaseptischen Abfüllung und Verschließung weiter
verbessert wird. Dazu sieht die vorliegende Erfindung vor, die Anzahl, die Flächeninhalte
und die Struktur der äußeren Oberflächen einer Verschließmaschine weiter zu optimieren.
[0012] Gelöst wird diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch die Merkmale der
Ansprüche
[0013] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- in vereinfachter Darstellung und teilweise im Schnitt einen Schraubkopf 8 zum Aufschrauben
von Schraubkappen 3, und die
- Fig. 2
- in einer vereinfachten und teilweise geschnittenen Darstellung eine erfindungsgemäße
Verschließmaschine mit Montageraum 13, und die
- Fig. 3
- in einer vereinfachten Darstellung eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Verschließmaschine.
[0014] Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei
bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in
beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung
in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Gleichzeitig wird der Inhalt der Ansprüche
zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
[0015] Die in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zum Verschließen
von Behältern 2, wie z.B. Flaschen oder Kanistern mit Verschluss- bzw. Schraubkappen
3, die aus einem geeigneten Material, beispielsweise aus Metall (Aluminium) oder Kunststoff
hergestellt sind und ein vorgefertigtes Innengewinde aufweisen, mit dem sie zum Verschließen
eines Behälters 2 auf das im Bereich der Flaschenmündung vorgesehene Außengewinde
aufschraubbar sind.
[0016] Zum Verschließen werden die aufrecht stehenden Behälter 2 von einem nicht dargestellten
Transporteur über einen, den Behältereinlauf der Verschließmaschine 1 bildenden Einlaufstern,
jeweils nacheinander an eine der Verschließpositionen übergeben, die am Umfang des,
um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotors vorgesehen sind, und
zwar in gleichmäßigen Winkelabständen um die Achse verteilt. Die verschlossenen Behälter
2 werden über einen Auslaufstern den Verschließpositionen entnommen und über einen
nicht dargestellten Transporteur abgeführt.
[0017] An jeder Verschließposition ist ein Gefäß- oder Flaschenträger oder Flaschenhalter
4 zur Aufnahme und Halterung eines mit seiner Hochachse parallel oder annähernd parallel
zur Drehachse der Verschließmaschine 1 angeordneten Behälters 2 vorgesehen.
[0018] Weiterhin ist jeder Verschließposition über dem Flaschenhalter 4 ein gesonderter
Schraubwellensatz 6 zugeordnet, der unter anderem eine mit ihrer Hochachse parallel
zur Drehachse der Verschließmaschine 1 liegende Schraubwelle 7 mit einem unteren Schraubkopf
8 aufweist.
[0019] Während des Umlaufs der Verschließmaschine 1 führt jeder Behälter 2 und damit auch
der jeweilige Flaschenhalter 4 eine gesteuerte vertikale Hubbewegung derart aus, dass
von jedem Schraubkopf 8 an einer nicht dargestellten Übergabeposition jeweils eine
Schraubkappe 3 aufgenommen, dann anschließend die Mündung des Behälters gegen die
Schraubkappe 3 bewegt wird und dort durch Drehen der Schraubwelle 7 um ihre Hochachse
aufgeschraubt und mit einem vorgegebenen Drehmoment festgedreht wird.
[0020] Zur Ausführung der Drehbewegung des Schraubwellensatzes 6 ist jedem dieser Sätze
ein eigner, separat bezüglich Drehzahl, Drehrichtung und Drehmoment steuer- und regelbarer
Antriebsmotor 5 zugeordnet. Bei diesem Antriebsmotor 5 kann es sich z.B. um einen
Servo-, Schritt- oder aber auch um einen Synchronmotor usw. handeln, wobei allen diesen
Motorenarten gemeinsam ist, dass sie durch die Art der Ansteuerung, welche entweder
individuell durch einen Rechner je Antriebsmotor 5 und/oder aber auch durch einen
gemeinsamen Rechner für alle Antriebsmotoren 5 erfolgenden kann, hinsichtlich Drehzahl,
Drehrichtung, Drehmoment, Gesamtdrehwinkel je Aufschraubvorgang usw. steuer- und/oder
regelbar sind.
[0021] Die Hauptsäule 9 der Verschließmaschine 1 nimmt die auf einem Teilkreis angeordneten
Verschlussvorrichtung entweder an einer Rotorplatte 10 oder an sternförmig ausgerichteten
offenen Haltearmen auf. Dabei sind die Verschlussvorrichtungen und die Rotorplatte
10 im wesentlichen frei von Einund/oder Umbauten und so offen wie technisch möglich
ausgeführt, um für alle Maschinenteile eine optimale Zugänglichkeit insbesondere für
optimale Reinigungs- und Desinfektionsaufgaben zu schaffen.
[0022] Bezüglich der besonders vorteilhaften Gestaltung von Schraubwellensatz 6, Schraubwelle
7 und Schraubkopf 8 und weiterer Komponenten sei an dieser Stelle nochmals auf die
DE 202 18 523 verwiesen.
[0023] Zur weiteren Optimierung von Verschließmaschinen hinsichtlich Reinigung und Sicherheit
des Abfüllprozesses sieht die vorliegende Erfindung vor, dass verschmutzungsanfällige
Komponenten wie z.B. Antriebsmotoren 5 usw., welche bei Verschließmaschinen die dem
Stand der Technik entsprechen, frei zugänglich sind und somit einen erhöhten Reinigungsaufwand
bedingen, gekapselt werden.
[0024] Wie in der Figur 2 dargestellt, ist vorgesehen, jeden Antriebsmotor 5 mit einer Motorummantelung
11 zu umgeben, welche den Antriebsmotor 5 hermetisch vor allen Umgebungseinflüssen
wie z.B. Luftzug, Schwall- oder Spritzwasser, Desinfektions- oder Reinigungsmitten
schützt.
[0025] Die Motorummantelung 11 mündet mit ihrer oberen, offenen Seite passgenau in eine
korrespondierenden Öffnung einer, fest an der umlaufenden Hauptsäule 9 angeordneten
Tragplatte 12. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen wie z.B. die Anordnung von Dichtungs-
und Befestigungselementen ist auch die Verbindung zwischen Motorummantelung 11 und
Tragplatte 12 gegenüber Umgebungseinflüssen hermetisch dicht.
[0026] Durch die Anordnung von Seitenwänden, Dachelementen, Türen, Dichtungen und weiterer
Elemente an der Tragplatte 12 wird ein mit der Hauptsäule 9 umlaufender Montageraum
13 für die Aufnahme weiterer Mittel gebildet, welcher ebenfalls hermetisch dicht ist.
[0027] Durch die o.g. Öffnungen in der Tragplatte 12 besteht eine direkte Verbindung zwischen
Montageraum 13 und den, durch die Motorummantelungen 11 ebenfalls vor Umgebungseinflüssen
geschützten Antriebsmotoren 5. Durch diese direkten Verbindungen werden die Anschlussleitungen
der Antriebsmotoren 5 in den Montageraum 13 geführt.
[0028] In einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist zur Verbesserung des
Montageverhaltens und zur Verminderung von Stillstandszeiten im Störungsfall vorgesehen,
dass diese Anschlussleitungen zumindest motorseitig als schnell lösbare Steck(er)verbindung
ausgeführt sind.
[0029] In einer ebenfalls vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen,
die zu jedem einzelnen Antriebsmotor 5 gehörenden und/oder die zu allen Antriebsmotoren
5 gemeinsam gehörenden Ansteuerungskomponenten, wie z.B. Ansteuerkarten, Netzteile,
Drehgeber, Drehmomentmesser, Drehverteiler für Betriebsstrom und/oder Steuersignale
usw. ebenfalls innerhalb des Montageraumes 13 anzuordnen, so dass auch diese geschützt
sind und gleichzeitig nicht mehr den üblichen Reinigungsprozeduren unterzogen werden
müssen.
[0030] Auch für die elektrischen Verbindungen zwischen den Drehverteilern für Betriebsstrom
und/oder Steuersignale und den jeweils nachgeschalteten Bauteilen wie z.B. Steuerkarten
oder Netzteilen, ist vorgesehen, dass die erforderlichen elektrischen Verbindungen
anhand von Steck(er)verbindungen herstellbar sind. Der besondere Vorteil von steckbaren
Leitungsverdingungen liegt in der Reparatur- und Wartungsfreundlichkeit, was bei störungsbedingten
Produktionsunterbrechungen zu verkürzten Stillstandszeiten führt.
[0031] Zur weiteren Verbesserung der Reinigung einer derartigen Verschließmaschine 1 und
zur Verkürzung der mit der Reinigung der Verschließmaschine verbundenen Stillstandszeiten
ist weiterhin vorgesehen, sämtliche Außenflächen des Montageraumes durch ortsfest
und/oder mit der Hauptsäule umlaufend angeordnete Düsen abspritzen und reinigen zu
lassen. Dazu ist ebenfalls vorgesehen, den zur Versorgung der umlaufenden Sprühdüsen
mit Reinigungs- oder Desinfektionsmittel zwingend erforderlichen Drehverteiler ebenfalls
in und/oder auf dem Montageraum 13 anzuordnen.
[0032] Ebenfalls wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein besonders vorteilhaftes Verfahren
zum Betrieb der Antriebsmotoren 5 vorgestellt. Bei bekannten Verschließmaschinen ist
es unabhängig von der Art des Antriebs der Schraubköpfe 8 üblich, dass diese Schraubköpfe
8 permanent rotieren und diese Rotation somit auch dann beibehalten, wenn die Schraubköpfe
8 augenblicklich keine Schraubkappen 3 auf die Behälter 2 aufschrauben. Dieses ist
z.B. dann der Fall, wenn der Aufschraubvorgang einer Schraubkappe 3 gerade beendet
wurde und sich der Schraubkopf 8 auf dem Weg zur Übernahmeposition für die Übernahme
der nächsten Schraubkappe 3 befindet. Diese Situation tritt aber auch beim Anfahren
einer Getränkeanlage auf, wenn die in die Getränkeanlage einlaufenden Behälter die
Verschließmaschine 1 noch nicht erreicht haben, die Verschließmaschine aber schon
teilungsgerecht mitläuft.
[0033] Die unnötige Rotation der Schraubköpfe 8 ist insbesondere bei der kaltaseptischen
Sterilabfüllung von großem Nachteil, da es durch die permanent rotierenden Schraubköpfe
8 zu großflächigen Verspritzungen von Flüssigkeiten und/oder Staubverwirbelungen kommen
kann, welche zumindest die Verschließmaschine 1 verschmutzen können und somit einen
erhöhten Reinigungsaufwand nach sich ziehen. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist
vorgesehen, die Schraubköpfe 8 nur dann rotieren zu lassen, wenn diese Drehbewegung
für das Aufschrauben der Schraubkappen 3 unbedingt erforderlich ist. Erfindungsgemäß
rotieren die Schraubköpfe 8 nur dann, wenn Behälter 2 zum Verschließen anstehen und
wenn sich die Schraubköpfe 8 im eigentlichen Aufschraubvorgang befinden. Zu diesem
zählen neben dem eigentlichen Aufschraubvorgang selbst zumindest auch die vorausgehende
Beschleunigungsphase und die anschließende Verzögerungsphase der Drehbewegung.
[0034] Hinsichtlich der nicht permanenten Rotation der Schraubköpfe 8 erstreckt sich der
Umfang der vorliegenden Erfindung nicht nur auf das hier vorgestellte Ausführungsbeispiel
bei dem der Antrieb der Schraubköpfe 8 anhand jeweils eines Antriebsmotors 5 erfolgt,
wobei es sich um Servo-, Schritt- oder Synchronmotoren handeln kann, sondern auch
auf hier nicht explizit dargestellte Ausführungsvarianten, bei denen der Antrieb der
Schraubköpfe 8 z.B. durch das Abwälzen eines, mit dem Schraubkopf 8 in einer Wirkverbindung
stehenden Ritzels an einer ortsfesten Innenverzahnung erfolgt.
[0035] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, die sich
durch die Verwendung von je einem separatem Antriebsmotor 5 je Schraubkopf 8, wobei
es sich bei den Antriebsmotoren 5 um steuer- und/oder regelbare Servo-, Schritt- oder
Synchronmotoren handelt, ergebenden Möglichkeiten auch dahingehend zu nutzen, dass
die Drehrichtung dieser Antriebsmotoren 5 zumindest kurzzeitig umgekehrt wird.
[0036] Bekannte Behälter 2 weisen in der Regel ein so genanntes Rechtsgewinde auf, auf welches
die Mutter, im vorliegenden Fall die Schraubkappe 3, bei Betrachtung von Oben im Uhrzeigersinn
aufgeschraubt wird. Das Umkehren der Drehrichtung bedeutet folglich, dass der Schraubkopf
8 - bei unveränderter Betrachtungsweise - entgegen des Uhrzeigersinnes gedreht wird.
[0037] Fehlverschraubungen, welche dadurch entstehen können, dass Behältergewinde und das
Gewinde der Schraubkappe 3 zu Beginn des Schraubvorganges nicht optimal zueinander
positioniert sind, werden durch diese Vorgehensweise sicher vermieden, da sich die
beiden zu verschraubenden Gewinde durch diese Rückwärtsdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn
derart zueinander positionieren, dass sie fehlerfrei miteinander verschraubt werden
können.
[0038] Von besonderem Vorteil ist diese kurzzeitige Rückwärtsdrehung insbesondere bei so
genannten Twist-Off-Verschraubungen, bei welchen das Gewinde der Schraubkappen 3 nicht
vollständig ausgebildet ist, sondern nur aus kleinen, am untersten Rand der Schraubkappen
3 angeordneten Führungselementen besteht.
1. Verschließmaschine zum Verschließen von Flaschen, Gläsern mit Schraubverschluss oder
dergleichen Behälter mit Verschluss- oder Schraubkappen durch Aufschrauben, mit mehreren
am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufenden Rotors gebildeten Verschließpositionen,
denen die zu verschließenden Behälter an einem Behältereinlauf übergeben und die verschlossenen
Behälter an einem Behälterauslauf entnommen werden, wobei jede Verschließposition
einen Behälterträger und eine an einem unteren Ende mit einem Schraubkopf versehene
um eine Achse drehbar gelagerte Schraubwelle aufweist, wobei jede dieser Schraubwellen
durch einen eigenen Antriebsmotor (5) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Verschließpositionen ein mit der Hauptsäule (9) umlaufender Montageraum
(13) gebildet ist.
2. Verschließmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageraum (13) gegenüber der Umgebung und/oder den Umgebungseinflüssen hermetisch
dicht ist.
3. Verschließmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageraum (13) durch hermetisch dicht verschließbare Öffnungen wie Türen und/oder
Klappen zugänglich ist.
4. Verschließmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageraum (13) die Antriebsmotoren (5) beinhaltet
5. Verschließmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Montageraum (13) mindestens einen Drehverteiler für Betriebsstrom und/oder Steuersignale
beinhaltet.
6. Verschließmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle äußeren Oberflächen des Montageraums (13) durch mit der Hauptsäule (9) umlaufende
und/oder ortsfest angeordnete Düsen mit Reinigungs- und/oder Desinfektionsmitteln
besprühbar sind.
7. Verschließmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Antriebsmotoren (5) in einer separaten, dicht gegen Umgebungseinflüsse
mit dem Montageraum (13) verbundenen Motorummantelung (11) angeordnet ist.
8. Verschließmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschließmaschine (1) Mittel beinhaltet, welche eine nicht permanente Rotation
der Schraubköpfe bewirken.
9. Verschließmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei diesen Mitteln um die Antriebsmotoren (5) handelt, wobei diese Servo-
oder Schritt- oder Synchronmotoren sein können.
10. Verschließmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei diesen Mitteln um Schaltkupplungen handelt.
11. Verschließmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei diesen Mitteln um nicht umlaufende Teilsegmente einer Innenverzahnung
handelt.
12. Verfahren zum Betrieb einer Verschließmaschine (1) nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubköpfe (8) nur dann drehangetrieben werden, wenn Behälter (2) unmittelbar
zum Verschließen anstehen.
13. Verfahren zum Betrieb einer Verschließmaschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubköpfe (8) nur während ihrer Beschleunigungsphasen der Drehbewegungen,
dem eigentlichen Verschließvorgang und den Verzögerungsphasen der Drehbewegungen drehange-trieben
werden.
14. Verfahren zum Betrieb einer Verschließmaschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Schraubköpfe (8) zumindest zeitweise zu ihrer Drehrichtung während
des Aufschraubvorganges entgegengesetzt ist.