DE4415227A1 - Verfahren zum Aufschrauben von Behälterverschlüssen und Verschraubmaschine hierzu - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen und Verschrauben von Schraubverschlüssen auf Behälter, welche entlang einer Transportbahn laufen, wobei mindestens ein Verschraubkopf entlang eines Abschnittes der Transportbahn parallel zu dieser mit einem Behälter geführt wird und während dieser parallelen Führung einen Verschluß auf einen entsprechenden Behälterhals aufbringt und mit diesem verschraubt, wobei die Behälterbewegung mit der Bewegung des Verschraubkopfes synchronisiert wird.

Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung auch eine entsprechende Vorrichtung, d. h. eine Verschraubmaschine für Behälter mit Schraubverschlüssen, mit einem Führungs- und Transportpfad für die Behälter, mindestens einem Verschraubkopf, welcher oberhalb eines Abschnittes des Führungs- und Transportpfades parallel zu diesem auf einer getrennten Bahn umlaufend und mindestens teilweise gemeinsam mit dem Behälter und synchron zu diesem bewegbar ist, zumindest einer Zufuhreinrichtung für Schraubverschlüsse, einer Antriebseinheit mit einer zentralen Antriebswelle für die Umlaufbewegung des Verschraubkopfes und mit Antriebselementen für den Verschraubkopf bzw. Verschraubungselemente am Verschraubkopf.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik von Abfüll- und Verschlußmaschinen bekannt. Auf vielen Gebieten der Konsumgüterindustrie werden flüssige oder auch pulver- oder granulatförmige Materialien in Behälter abgefüllt, welche einen Behälterhals mit Schraubgewinde haben, auf welchen anschließend ein Schraubverschluß aufgeschraubt werden muß. Üblicherweise werden derartige Behälter mehr oder weniger kontinuierlich hintereinander vor, während und nach dem Befüllen entlang einer Transportbahn oder eines Transportpfades geführt und gelangen so in einer kontinuierlichen Reihe entlang des Transportpfades zu einer an die Befüllstation anschließenden Verschraubmaschine. Ein gemeinsames Merkmal der bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Verschrauben solcher Verschlüsse auf Behälter besteht darin, daß der Verschraubkopf, abgesehen von einer Absenk- und Verschraubbewegung, während des Verschraubens dieselbe Bewegung entlang der Transportbahn bzw. parallel zu dieser ausführen muß, wie der zu verschließende Behälter. Dies ist z. B. dadurch möglich, daß der Behälter an der Verschraubmaschine kurzzeitig gestoppt wird, um den Verschraubkopf abzusenken, den Verschluß aufzusetzen und zu verschrauben. Dies hat allerdings den gravierenden Nachteil, daß für den Transport der Behälter eine intermittierende Bewegung notwendig ist, daß also die Bewegung der Behälter entlang des Transportpfades kurzzeitig gestoppt und anschließend wieder aufgenommen werden muß. Hierzu müssen entweder die einzelnen Behälter in relativ großen Abständen voneinander transportiert werden, damit das Stoppen, Verschrauben und wieder Beschleunigen eines Behälters in der Zeit erfolgen kann, während sich der nächstfolgende Behälter der Verschraubmaschine annähert, oder es muß eine Staustrecke vor der Ver­ schraubmaschine mit einer Vereinzelungsvorrichtung vorgesehen werden, welche nacheinander die Behälter erfaßt und nach dem Verschrauben wieder an die Transportbahn bzw. den Transportpfad zum Weitertransport abgibt. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind jedoch aufwendig, und solche Maschinen sind sehr störanfällig.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Behälter von einer Transportbahn aufzunehmen und sie ein Stück weit entlang einer im allgemeinen kreisförmigen Umlaufbahn zusammen mit kontinuierlich umlaufenden Verschraubköpfen zu bewegen, so daß während des teilweise gemeinsamen Umlaufs von Behälter und Verschraubkopf über einen Winkel von auf jeden Fall weniger als 360° die Verschraubung erfolgen kann. Auch dabei werden die Behälter durch einen sogenannten Stern vereinzelt, um ihre Position genau der Position der Verschraubköpfe anzupassen.

Der Antrieb des Verschraubkopfes und seiner Verschraubungselemente erfolgt dabei üblicherwei­ se synchronisiert und über eine sogenannte Königswelle gesteuert durch dieselbe Antriebseinheit. Es versteht sich, daß derartige Maschinen mit umlaufenden Verschraubköpfen eine Mehrzahl von Verschraubköpfen aufweisen, weil ansonsten die Kapazität derartiger Maschinen unnötig begrenzt wäre.

Dabei ist es grundsätzlich auch möglich, die Verschraubköpfe bzw. deren Verschließspindeln auch über getrennte Motoren anzutreiben. Der Nachteil derartiger Verfahren und Vorrichtungen liegt unter anderem in dem relativ großen Aufwand, der entweder mit einer Königswelle oder mit einer größeren Anzahl zusätzlicher Motoren getrieben werden muß, zum anderen aber auch in der mangelnden Anpassungsfähigkeit derartiger Vorrichtungen, da sowohl der sogenannte Stern als auch eine Zufuhrschnecke, die mit dem Stern gekoppelt ist und für eine positionsgenaue Zuführung der Behälter zwischen die Arme des Sterns sorgt, auf bestimmte Behälterformate ausgelegt und entsprechend beschränkt sind. Die Anpassung an Behälter mit anderem Durchmesser und/oder Format ist dann außerordentlich aufwendig.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren und die entsprechende Vorrichtung derart auszugestalten, daß die Verschließmaschine einfacher und preiswerter herstellbar und damit auch der Verschließvor­ gang preiswerter durchführbar ist, wobei vorzugsweise auch eine einfachere Anpassung an unterschiedliche Formate möglich sein soll.

Hinsichtlich des eingangs beschriebenen Verfahrens wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verschraubung über einen von dem Umlaufantrieb des Verschraubkopfes unabhängig steuerbaren Antrieb erfolgt.

Hinsichtlich der eingangs genannten Vorrichtung bzw. Verschraubmaschine wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Steuereinheit für die Synchronisierung der Bewegung des Schraubkopfes mit dem Behälter vorgesehen sind und daß der Verschraubkopf eine von dem Umlaufantrieb des Verschraubkopfes unabhängig steuerbare Antriebseinheit aufweist.

Durch die erfindungsgemäße Positionserfassung der Behälter und die Anpassung bzw. Synchronisierung der Umlaufbewegung des Verschraubkopfes mit der Bewegung des Behälters kann auf die formatabhängigen Vereinzelungsschnecken und Sterne vollständig verzichtet werden. Der Transport bedarf keiner Unterbrechung und die Transportbahn kann kontinuierlich an der Verschraubmaschine entlang verlaufen. In der bevorzugten Ausführungsform bedarf es dabei auch keines abschnittsweise kreisbogenförmigen Verlaufes der Transportbahn bzw. des Trans­ portpfades, sondern dieser verläuft vielmehr geradeaus tangential entlang eines gedachten Kreises um das Zentrum der Verschraubmaschine und es wird statt dessen die Umlaufbahn für einen oder mehrere Verschraubköpfe entlang eines Abschnittes diesem gerade durchgehenden Transportpfad angepaßt.

Dieses und weitere Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche, deren Vorteile im folgenden noch kurz erläutert werden sollen. Dabei versteht es sich, daß die Merkmale der Unteransprüche, auch wenn sie zusammengefaßt wiedergegeben werden, im Zweifelsfall unabhängig voneinander verwirklicht werden können.

So ist beispielsweise eine Variante des Verfahrens bevorzugt, bei welcher die Umlaufbewegung des Verschlußkopfes nicht kreisförmig ist und vorzugsweise mindestens einen geradlinig verlaufenden Abschnitt hat, wie bereits erwähnt. Dabei erfolgt die Umlaufbewegung dennoch durch einen zentralen Drehantrieb, jedoch mit einer nicht kreisförmigen Führung des Ver­ schraubkopfes.

Die Verschraubung erfolgt vorzugsweise genau entlang des geradlinigen Abschnittes, der dementsprechend parallel zu dem Transportpfad und oberhalb desselben verläuft.

Soweit der Antrieb des Verschraubkopfes über einen zentralen Drehantrieb erfolgt, ist bei einer solchen Variante erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Drehbewegung so gesteuert wird, daß die Umlaufbewegung des Verschraubkopfes entlang des geraden Abschnittes der Umlaufbahn mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt. Soweit dieser gerade Abschnitt sich als Tangente an einen gedachten Kreis um die Achse des zentralen Antriebes beschreiben läßt, sollte die Winkelge­ schwindigkeit des Drehantriebes im Bereich des geraden Abschnittes proportional zu cos²Θ sein, wobei Θ der Winkel ist, den ein vom Zentrum des Drehantriebes zu dem Verschraubkopf weisender Radiusvektor mit dem Lot vom Zentrum auf den geraden Abschnitt einschließt. Außerhalb des geraden Abschnittes kann die Winkelgeschwindigkeit des Drehantriebes konstant sein und sollte vorzugsweise genau den Wert haben, den sie an den Enden des Bereiches des geraden Abschnittes einnimmt, an welchen die Proportionalität zu sinus²Θ beginnt bzw. endet, zumindest bis ein weiterer Verschraubkopf in den Anfangsbereich des geraden Abschnittes gelangt.

Alternativ kann jedoch der Verschraubkopf auch mit einem Schleppband oder dergleichen entlang seiner Umlaufbahn bewegt werden, wobei das Schleppband einfach mit konstanter Ge­ schwindigkeit angetrieben wird, so daß sich auch entlang des betreffenden geraden Abschnittes eine konstante Geschwindigkeit ergibt, die selbstverständlich gleich der Geschwindigkeit der entlang des Transportpfades laufenden Behälter sein sollte.

Der Verschraubvorgang bzw. die Verschraubbewegung einer Schraubspindel des Verschraubkop­ fes wird vorzugsweise aus der Differenz der Geschwindigkeiten eines linearen Antriebselementes für die Verschraubspindel und der Bahngeschwindigkeit des Verschraubkopfes entlang des Verschraubabschnittes erzeugt.

Beispielsweise kann eine Verschraubspindel des Verschraubkopfes mit einem Ritzel oder dergleichen versehen sein, in welches ein Zahnriemen, eine Zahnstange oder dergleichen als lineares Antriebselement für die Verschraubspindel eingreift. Bewegt sich dieses lineare Antriebselement entlang des Verschraubabschnittes mit derselben Geschwindigkeit, mit der sich auch der Verschraubkopf auf seiner Umlaufbahn entlang dieses Abschnittes bewegte so tritt keinerlei Relativgeschwindigkeit auf und das Ritzel bzw. die damit verbundene Schraubspindel werden nicht gedreht. Sobald jedoch zwischen diesem linearen Antriebselement und dem Verschraubkopf eine Relativbewegung stattfindet, mithin also die beiden Geschwindigkeiten sich unterscheiden, so wird das Ritzel gedreht und dreht damit die Verschraubspindel und an diese angebrachte Greifelemente oder dergleichen, welche den Schraubverschluß halten und aufgrund der Drehung der Spindel auf den Flaschenhals aufschrauben. Es versteht sich, daß nur bei einer Richtung der Relativbewegung das Aufschrauben stattfinden kann.

Bevorzugt ist dabei eine Variante der Erfindung, bei welcher die Spindel des Verschraubkopfes über einen Zahnriemen angetrieben wird. Es wäre jedoch auch möglich, beispielsweise eine Kette oder eine Zahnstange an dieser Stelle zu verwenden, wobei eine Zahnstange nach Durchlaufen des geraden Abschnittes mit dem entsprechenden Ritzel außer Eingriff gebracht und wieder in die Ausgangsposition zurückgezogen werden müßte. Das Ineingriffbringen und Außereingriff­ bringen eines Ritzels mit einer Zahnstange könnte sich dabei mehr oder weniger von selbst schon dadurch ergeben, daß der Verschraubkopf entlang eines Bogens auf den geraden Abschnitt einbiegt bzw. wieder von diesem abbiegt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verschraubmaschine mit einem zentralen Antrieb für mindestens einen umlaufenden Verschraubkopf und einem weiteren Antrieb für die Betätigung der Schraubelemente bzw. einer Schraubspindel des Verschraubkopfes, bei welcher die beiden Antriebe mindestens je eine Antriebswelle aufweisen, hat mindestens eine dieser Wellen als Hohlwelle ausgebildet. Dabei erscheint es besonders zweckmäßig, wenn die jeweils andere Welle durch das Innere der einen Hohlwelle hindurch verläuft. In diesem Falle kann man die beiden zugehörigen Antriebsmotoren nebeneinander in demselben Gehäuse unterbringen, wobei die beiden Wellen auf ihrer Außen- oder Innenseite beispielsweise mit Verzahnungen versehen sein können, in die entsprechende Ritzel der Antriebsmotore eingreifen, wobei selbstverständlich die innen liegende Welle axial aus einem, vorzugsweise aus beiden Ende der äußeren Hohlwelle herausragt.

Weiterhin ist eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei welcher auch die zweite Welle als Hohlwelle ausgebildet ist und beispielsweise als Zufuhreinrichtung für ein pneumatisches oder hydraulisches Fließmittel dient. Eine solche Pneumatik- oder Hydraulikzufuhr kann beispielsweise ausgenutzt werden als Antriebsmittel für eine axiale Verschiebung des Verschraubkopfes bzw. der Verschraubspindel.

Die nicht kreisförmige Bewegung eines Verschraubkopfes um den zentralen Antrieb bzw. um die zentrale Antriebswelle herum kann man beispielsweise dadurch erreichen, daß der Ver­ schraubkopf bzw. gegebenenfalls auch eine Mehrzahl von Verschraubköpfen radial verschiebbar an einem mit der Welle drehbaren Träger gelagert ist bzw. sind. Zweckmäßigerweise wird dann einfach eine nicht kreisförmige Führung für den Umlauf des Verschraubkopfes vorgesehen, z. B. in Form einer Kurvenscheibe oder einer entsprechend verlaufenden Führungsschiene oder dergleichen. Eine solche Führung in Form einer Kurvenscheibe, Schiene oder dergleichen muß dann mindestens abschnittsweise so verlaufen, daß der Verschraubkopf sich gerade und tangential zu einem gedachten Kreis um die Wellenachse des zentralen Antriebes bewegt (wobei es sich versteht, daß dieser gedachte Kreis in einer Ebene senkrecht zur Wellenachse liegt). Wenn der Abstand zum Rotationszentrum, unter welchem sich ein mit dem Verschraubkopf verbundenes Führungselement entlang einer Kurvenscheibe/-schiene/-nut oder dergleichen entlangbewegt, kleiner ist als der Abstand des Verschraubkopfes zum Zentrum, so verläuft die Führungslinie in dem Winkelbereich des geraden Abschnittes des Verschraubkopfes auf einer konkaven, radial einwärts gezogenen Linie, die sich mathematisch als Abschnitt einer Zykloide beschreiben läßt.

Der erfindungsgemäß vorgesehene zweite Antrieb weist zweckmäßigerweise eine lineare, in Querrichtung flexible und in Längsrichtung starre oder zumindest nicht dehnbare Antriebsver­ bindung mit einem Drehantrieb für die Verschraubelemente auf. Ein Beispiel einer solchen linearen Antriebsverbindung wäre der bereits erwähnte Zahnriemen, der in einer Richtung quer zu seiner Längserstreckung relativ flexibel ist, jedoch nicht oder fast nicht dehnbar ist und der beispielsweise in Eingriff mit einem Ritzel stehen kann, welches mit der Verschraubspindel eines Verschraubkopfes starr verbunden ist. Dabei verläuft der Zahnriemen seinerseits über die zweite Antriebswelle, welche z. B. durch die ersterwähnte Antriebswelle für den Umlauf des Ver­ schraubkopfes hindurchragt und an dem herausragenden Ende ihrerseits ein Zahnrad bzw. Ritzel trägt. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher mindestens zwei und vorzugsweise mindestens drei Verschraubköpfe, näherungsweise in gleichen Abständen entlang der Umlaufbahn bzw. in gleichen Winkelabständen bezüglich des zentralen Antriebs vorgesehen sind, wobei ein einziger Zahnriemen bzw. eine einzige lineare Antriebsverbindung mit den entsprechenden Drehantrieben für alle drei oder mehr Verschraubköpfe gleichzeitig in Eingriff steht. Damit erreicht man, daß anstelle mehrerer getrennter und auch getrennt anzusteuernder Antriebe für jeden der Verschraubköpfe nur ein einziger Antrieb vorgesehen sein muß, der jeweils die Schraubspindeln aller vorhandenen Verschraubköpfe gleichzeitig antreibt, wobei im allgemeinen nur einer dieser Verschraubköpfe tatsächlich mit einem Schraubverschluß versehen in Eingriff mit einem Behälterhals steht. Dabei stört es jedoch nicht, wenn sich auch die Spindeln der übrigen, sich an anderer Stelle entlang der Umlaufbahn befindlichen Verschraubköpfe gleichzeitig drehen.

Wie bereits erwähnt, kann jedoch alternativ zu einem zentralen Drehantrieb mittels einer Welle, welche über einen Träger bzw. Trägerplatte die Verschraubköpfe trägt, wobei die Verschraubköpfe in radialer Richtung beweglich aufgehängt sind, um einer entsprechenden nicht kreisförmigen Führung folgen zu können, auch ein Schleppbandantrieb vorgesehen sein. Auch ein solches Schleppband könnte beispielsweise ein Zahnriemen sein, welcher genau entlang der Führung bzw. Umlaufbahn der Verschraubköpfe z. B. auf Rollen geführt wird und welcher mit einem von der zentralen Welle angetriebenen Ritzel in Eingriff steht, so daß bei konstanter Drehge­ schwindigkeit der zentralen Welle sich auch das Schleppband mit konstanter Bahngeschwindigkeit entlang der Führungsbahn bewegt.

In jedem Falle sind jedoch sowohl für den Antrieb der Verschraubköpfe entlang ihrer Umlaufbahn als auch für den Antrieb der Spindeln der Verschraubköpfe in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Servomotoren vorgesehen, weil sich deren Geschwindigkeit sehr schnell und präzise in weiten Bereichen einstellen läßt.

Vor allem die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben einen relativ einfachen Aufbau, in dem z. B. lediglich zwei Servomotoren in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen sind, wobei der eine Servomotor eine Hohlwelle antreibt, die ihrerseits einen Träger oder eine Trägerplatte dreht, an welcher mehrere Verschraubköpfe in radialer Richtung verschieblich gelagert sind, während der zweite Servomotor eine durch die hohle erste Antriebswelle hindurch verlaufende zweite Antriebswelle antreibt, die an beiden Seiten aus der ersten Antriebswelle herausragt, wobei das eine Ende mit dem zweiten Servomotor in Eingriff steht und das andere Ende einen Zahnriemen antreibt, der wiederum über die Ritzel sämtlicher Verschraubköpfe geführt ist, die ihrerseits eine Verschraubspindel des Verschraubkopfes drehen. Eine Kurvenscheibe oder dergleichen zwingt die von der ersten Antriebswelle in eine Um­ laufbewegung versetzten Verschraubköpfe auf eine nicht kreisförmige Bahn, die vorzugsweise einen linearen Abschnitt hat, der genau oberhalb der Längsmittellinie eines gerade verlaufenden Transportpfades für zu verschließende Behälter verläuft. Der Antrieb mit Hilfe des Umlaufservomo­ tors erfolgt so, daß ein Verschraubkopf mit der über Sensoren erfaßten Position eines Behälters auf den Transportpfad synchronisiert wird und sich auf dem linearen Abschnitt genau über diesem Behälter befindet. Während der Bewegung entlang des linearen Abschnittes wird der Ver­ schraubkopf mit einem darin aufgenommenen Schraubverschluß auf den Behälterhals abgesenkt und eine Spindel des Verschraubkopfes dreht den Verschluß und schraubt ihn so auf die Flasche auf. Die Spindeldrehung wird bewirkt durch einen Antrieb über einen Zahnriemen mit Hilfe des ersten Motors und der durch die erste Welle hindurchverlaufenden zweiten Welle, wobei die Drehbewegung der Spindel aufgrund der Relativbewegung des Zahnriemens gegenüber dem umlaufenden Verschraubkopf erzeugt wird. Diese Relativbewegung wird so gesteuert, daß ein sicheres Verschrauben des Verschlusses stattfindet.

Die Auf- und Abbewegung des Verschraubkopfes, um den Schraubverschluß von oben auf den Behälter abzusenken und um den Behälterhals nach dem Verschrauben wieder freizugeben, wird vorzugsweise durch einen Pneumatikzylinder erreicht, der z. B. mit Druckluft versorgt wird über die hohle innere Antriebswelle für den Zahnriemen und über Pneumatikschalter an entsprechenden Pneumatikkupplungen, die durch Nocken oder dergleichen auf dem umlaufenden Träger für die Verschraubköpfe betätigt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schraubmaschine,

Fig. 2 eine Ansicht auf die Führungsscheibe 24 von unten mit einem schemenhaft angedeuteten Schlitten 22 und

Fig. 3 eine Draufsicht von oben, in welcher die Führungsscheibe und die Zahl der Ver­ schraubköpfe erkennbar ist.

Man erkennt in Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verschließmaschine, welche im wesentlichen aus einem Unterteil 30 und einem Oberteil 40 besteht, welche durch eine Säule 33 in Form eines Rohres miteinander verbunden sind. Das Unterteil 30 besteht im wesentlichen aus einem Rahmengestell 31 mit einer äußeren Verkleidung 32 und einer Tischplatte 34, welche wiederum einen zentralen Säulenspannhalter 35 trägt.

Im Unterteil untergebracht sind zwei Motoren 4, 13 mit sich an den Motoren anschließenden Getriebeelementen. Im oberen Teil 40 besteht die Maschine aus an der Säule 33 befestigten Träger- und Führungselementen 24, 37 und daran drehbeweglich aufgehängten Teilen, wie z. B. einer äußeren Hohlwelle 20, an welcher die Schraubköpfe 2 über Teleskopschlitten 21, 22 radial beweglich aufgehängt sind und mit den Schraubköpfen 2 drehbeweglichen Antriebselementen 9, 10, 11, sowie je einem Hydraulikzylinder 25 für die Axialbewegung der Verschraubköpfe 2.

Auf einer Seite des Tisches 34 verläuft eine gerade Transportbahn 3 für zu verschließende Behälter 1 in einer Richtung senkrecht zur Papierebene.

Der Drehantrieb für das Drehen der Verschraubköpfe 2 zum Zwecke des Verschließens der einzelnen Behälter besteht aus einem Getriebezug mit den Elementen 5 bis 12. Im einzelnen sind dies ein mit der Welle des Motors 4 direkt verbundenes Ritzel 5, welches über einen Zahnriemen 6 ein unteres Wellenritzel 7 antreibt, wodurch die zentrale, durch die Säule 33 und die Hohlweile 20 hindurch verlaufende Welle 8 angetrieben wird, die sich nach oben über die Welle 20 hinaus durch Halterungs- und Führungselemente 37 bis in den oberen Endbereich des Oberteils 40 erstreckt, wo mit der Welle 8 wiederum ein Zahnrad 9 verbunden ist, welches eine Kette oder einen Zahnriemen 10 antreibt, der teilweise um das Zahnrad 9 herum verläuft, gleichzeitig jedoch auch in einer entsprechenden Schleife um mehrere Zahnräder 11 herumgeführt ist, die jeweils eine Welle eines eigenen Verschraubkopfes 2 antreiben, von welchen entlang des Umfanges des Oberteiles 40 mehrere vorgesehen sind.

Dabei besteht die Welle 12 aus zwei axial gegeneinander verschieblichen, jedoch für eine gemeinsame Drehung fest miteinander verkoppelten Teilen. Ein Hydraulikzylinder 25 senkt den Schraubkopf 2 herab auf den Behälterhals, wobei die beiden Teile, aus welchen die Welle 12 besteht, teleskopartig auseinandergezogen werden.

Der Motor 13 treibt über einen Getriebezug 14 bis 19 die äußere Hohlwelle 20 an, welche eine mitrotierende Trägerplatte 38 trägt, auf der mehrere Schlittenträger 21 befestigt sind, auf welchen wiederum je ein Schlitten 22 radial verschiebbar gelagert ist. An jedem dieser Schlitten 22 ist über Trägerelemente 39 einer der Schraubköpfe 2 zusammen mit den zugehörigen Antriebselementen 11, 12 und dem Hydraulikzylinder 25 gehaltert.

Auf seiner Oberseite weist jeder der Schlitten 22 ein Führungselement auf, z. B. in Form eines Zapfens oder Kugellagers, welches in der Nut 23 geführt wird, welche in der Unterseite der mit der Säule über Trägerelemente 37 fest verbundenen Führungsscheibe oder -platte 24 ausgebildet ist und welche aufgrund ihres Verlaufes für die radiale Ein- und Auswärtsbewegung des Schlittens 22 und des jeweils damit verbundenen Verschraubkopfes 2 sorgt. Dabei ist die Nut 23 so ausgebildet, daß der Verschraubkopf 2 sich entlang eines Bewegungsabschnittes über der Transportbahn 3 sich trotz der Kreisbewegung der Hohlwelle 20 mit der Trägerplatte 38 und dem Schlittenträger 21 entlang einer geraden Linie (hier wiederum senkrecht zur Papierebene) bewegt.

Dies wird im Zusammenhang mit Fig. 2 noch genauer beschrieben.

Der Getriebezug für den Antrieb der Hohlwelle 20 ist ähnlich aufgebaut wie der Getriebezug für den Antrieb der Verschraubköpfe 2 und besteht im einzelnen aus dem direkt mit der Welle des Motors 13 verbundenen Ritzel 14, welches einen Zahnriemen 15 und das untere Wellenritzel 16 der Antriebswelle 17 antreibt. Am oberen Ende der Antriebswelle 17 befindet sich wiederum ein Ritzel oder Zahnrad 18, welches durch einen Schlitz oder eine Öffnung in der Wand der Säule 33 hindurchgreift und so in Eingriff mit der Innenverzahnung 19 an der Hohlwelle 20 gelangt. Die Hohlwelle 20 ist drehbeweglich an der Säule 33 gelagert und wird über die vorstehend beschriebenen Getriebeelemente 14 bis 19 in Drehung versetzt und nimmt dabei die Trägerplatte 38, den Schlittenträger 21, den Schlitten 22 und die daran befestigten Verschraubköpfe 2 mit ihren oben beschriebenen Getriebeelementen mit.

Im Bereich der Transportbahn 3 erkennt man rechts in Fig. 1 noch eine Vereinzelungsschnecke 29, ersatzbar auch durch einen sogenannten "Stern", und Zentrierelemente 44, durch welche die Behälter 1 exakt auf das Zentrum der Transportbahn 3 ausgerichtet werden.

Oberhalb der Transportbahn sind außerdem noch Führungs- und Halteelemente 27 und mit der Hohlwelle 20 umlaufend Halteelemente 28 vorgesehen, welche die Behälter 1 während des Verschraubvorganges gegen eine Verdrehung sichern.

Auf der linken Seite, gegenüberliegend von den beschriebenen Halteelementen 27, 28 erkennt man noch eine Schraubverschlußübergabestation 36, an welcher die Verschraubköpfe 2 jeweils einen Schraubverschluß für einen Behälter 1 aufnehmen.

Am oberen Ende der Welle 8 und auch an den oberen Enden der Wellen 12 der Verschraubköpfe 2 erkennt man je eine pneumatische Kupplung, die zweckmäßigerweise als Drehdurchführungen 45 bzw. 26 ausgebildet sind. Für die Druckluftzufuhr ist außerdem auch die Welle 8 als Hohlwelle ausgebildet, so daß die Pneumatikzylinder 25 über eine nicht dargestellte Drehdurchführungen am unteren Ende der Hohlwelle 8, durch die Hohlwelle 8, die Drehdurchführung 46, nicht dargestellte Verbindungsschläuche und die Drehdurchführungen 26 zentral und ohne komplizierte Schlauchzuführungen oder externe Anschlüsse mit Druckluft versorgt werden können.

In Fig. 2 ist die Unterseite der Führungsplatte 24 mit der Führungsnut 23 schematisch dargestellt. Die Führungsplatte hat einen zentralen Befestigungsabschnitt 42 mit Befestigungs­ löchern 43. Weiterhin sind in gestrichelten Linien verschiedene Positionen eines mit der Trägerplatte 38 mitrotierenden Schlittens 22 und und die entsprechenden Positionen des Zentrums 2′ des Verschraubkopfes 2 dargestellt.

Auf der Oberseite des Schlittens 22 ist ein Führungszapfen 41 vorgesehen, der in die Nut 23 der Führungsplatte 24 eingreift. Über die Hohlwelle 20 wird der Schlitten 22 um die zentrale Achse 50 gedreht. Wäre der Verschraubkopf 2 starr mit der Hohlwelle 20 verbunden, so würde der Verschraubkopf 2 sich auf einem Kreis um die zentrale Achse 50 herum bewegen. Erfindungs­ gemäß ist jedoch vorgesehen, daß der Verschraubkopf sich entlang einer Strecke a unmittelbar oberhalb der Transportbahn 3 entlang einer geraden Linie 3′ genau über dem Zentrum der Transportbahn 3 bzw. entsprechender Behälter 1 mitbewegt. Konkret bedeutet dies, daß der Abstand des Verschraubkopfes 2 zur zentralen Achse 50 entlang eines Wegabschnittes a1 kontinuierlich verkürzt und anschließend entlang des Abschnittes a2 wieder verlängert werden muß. Dies erreicht man durch die radial verschiebliche Lagerung des Verschraubkopfes 2 auf dem Schlitten 22, der mit seinem Führungszapfen 41 in einer entsprechend geformten Nut 23 geführt wird, so daß sich für das Zentrum 2′ der Position des Verschraubkopfes 2 gerade die Bewegung entlang der geraden Linie 3′ oberhalb der Transportbahn 3 ergibt.

Die Führungsnut 23 verläuft daher in diesem Bereich entlang der Bahn einer Zykloide 23′ (Fig. 3). Im einzelnen hängt der genaue Verlauf der Nut 23 jedoch auch von der Länge des beweglichen Schlittens 22 oder genauer gesagt vom Abstand des Führungszapfens 21 zum Zentrum 2′ des Verschraubkopfes 2 ab. Bei einer anderen Ausgestaltung könnte beispielsweise auch die Welle 12 der Verschraubköpfe 2 an der Außenkante einer Kurvenscheibe entlanggeführt werden, die dann in dem betreffenden Abschnitt a einfach gerade ausgebildet werden müßte.

Es versteht sich, daß die Positionen der Behälter mit dem Antrieb des die Trägerplatte 38 drehenden Motors 13 so synchronisiert wird, daß der Verschraubkopf 2 sich beim Einschwenken auf die Strecke a exakt senkrecht über dem Hals des Behälters 1 befindet und daß während der weiteren Drehung der Trägerplatte 38 die Antriebsgeschwindigkeit des Schrittmotors 13 so angepaßt wird, daß der Verschraubkopf 2 sich mit konstanter Geschwindigkeit, und zwar mit genauer der Geschwindigkeit des Transportbandes 3, welches die Behälter 1 befördert, weiterbewegt, so daß der Verschraubkopf während der Bewegung entlang der Strecke a sich immer genau über dem Behälter befindet.

Wie man aus Fig. 3 erkennt, sind bei der dargestellten Ausführungsform drei Verschraubköpfe 2 vorgesehen, die entlang des Umfanges des oberen Teiles 40 voneinander beabstandet sind. Grundsätzlich ist die Zahl entsprechender Verschraubköpfe 2 nur dadurch begrenzt, daß jeweils nur ein Verschraubkopf einen Verschraubungsvorgang ausführen kann und währenddessen die Drehgeschwindigkeit des Motors 13 entsprechend angepaßt wird, so daß sich dieser Ver­ schraubkopf entlang des Abschnittes a mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Erst wenn der Verschraubvorgang an einem der Verschraubköpfe 2 beendet ist, kann der nächste Ver­ schraubkopf entlang des Abschnittes a mit einem Behälter in Eingriff treten, wobei dann die entsprechende Geschwindigkeitssteuerung des Motors 13 sich wiederholt.

Die Schlittenträger 21 ebenso wie die Schlitten 22 und der Führungszapfen 41 für den Schlitten 22, welcher in die Nut 23 eingreift, sind in Fig. 3 gestrichelt dargestellt. Ebenfalls gestrichelt dargestellt sind Ritzel 11 an den Enden der Schlitten 22, über welche ein darunterliegender Schraubkopf 2 angetrieben wird. Die einzelnen Ritzel 11 sind miteinander und auch mit dem zentralen Zahnrad 9 über einen eine Endlosschleife bildenden, beidseitig gezahnten Zahnriemen 10 verbunden.

Die Verschraubbewegung des Ritzels 11, welches sich entlang der gerade verlaufenden Strecke 3′ bewegt, wird durch eine passende Drehung des zentralen Zahnrades 9 erreicht, bei welcher jedoch die Bewegung des Ritzels 11 entlang der Geraden 3′ mitberücksichtigt werden muß. Selbstverständlich drehen sich bei einer entsprechenden Antriebsbewegung des Zahnrades 9 auch die beiden anderen Ritzel 11 gleichzeitig mit dem über der Geraden 3′ dargestellten Ritzel, was jedoch ohne Bedeutung ist, da diese weiteren Ritzel 11 zu diesem Zeitpunkt keine Verschraubung ausführen.

Der Verlauf der Nut 23 ist im übrigen so gewählt, daß der Antriebsriemen 10 eine konstante Spannung aufweist. Mit anderen Worten, dort wo die Nut 23 einen konkaven, radial nach innen gewölbten Verlauf hat, damit ein Verschraubkopf sich entlang des entsprechenden Abschnittes a auf einer Geraden bewegt, wodurch auch der Abstand zwischen dem Antriebsritzel 11 für den Verschraubkopf und dem zentralen Zahnrad 9 verkürzt wird, hat die Nut 23 an mindestens einer anderen Stelle eine passende Ausbuchtung, entlang welcher der jeweilige Schlitten 22 (eines) der beiden anderen Verschraubköpfe 2 gleichzeitig auf einer radial weiter außen liegenden Bahn geführt wird, so daß sich der Abstand zwischen dem betreffenden Ritzel 11 und dem zentralen Zahnrad 9 für diesen Verschraubkopf vergrößert und damit die Verkürzung des Abstandes zu dem Verschraubkopf 2, welcher sich entlang des geraden Abschnittes a bewegt, ausgleicht. Insgesamt wird also der Verlauf der Nut 23 so gewählt, daß der Zahnriemen 10 eine konstante, gleichmäßige Spannung hat. Wahlweise kann jedoch auch ein zusätzliches, federnd vorgespanntes Zahnrad irgendwo entlang des Zahnriemenverlaufes vorgesehen sein, welches mit den Verschraubköpfen mitrotiert und eine gleichmäßige Spannung des Zahnriemens 10 aufrechterhält, selbst wenn ansonsten eine effektive Verkürzung der Gesamtlängen der Zahnriemenabschnitte zwischen den umlaufenden Ritzeln und Zahnrädern auftreten sollte.

Der konkret in den Fig. 2 und 3 dargestellte Verlauf der Nut 23 ist nach einer groben theoretischen Abschätzung im Detail durch praktische Versuche optimiert worden.

Claims (20)

1. Verfahren zum Aufbringen und Verschrauben von Schraubverschlüssen auf Behälter, welche entlang einer Transportbahn laufen, wobei mindestens ein Verschraubkopf entlang eines Abschnittes der Transportbahn parallel zu dieser mit einem darauf entlanglaufenden Behälter geführt wird und während der parallelen Führung einen Verschluß auf einen entsprechenden Behälterhals aufbringt und verschraubt, wobei die Behälterbewegung mit der Bewegung des Verschraubkopfes synchronisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung über einen von der Umlaufbewegung des Verschraubkopfes unabhängig steuerbaren Antrieb erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufbahn nicht kreisförmig ist und vorzugsweise mindestens einen geradlinig verlaufenden Abschnitt (a) hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufbewegung durch einen zentralen Drehantrieb und eine zusätzliche, nicht kreisförmige Führung für den Verschraubkopf erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung entlang eines geradlinigen Abschnittes der Umlaufbahn des Ver­ schraubkopfes erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des zentralen Antriebes derart gesteuert wird, daß die Umlaufbewegung des Verschraubkopfes entlang des geraden Abschnittes der Umlaufbahn mit konstanter Bahngeschwindigkeit erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit des Drehantriebes entlang des von der Achse des Drehantriebes zum Verschraubkopf weisenden Radiusvektor überstrichenen Winkels entlang des geraden Abschnittes proportional zu der Funktion cos²Θ erfolgt, wobei Θ der Winkel zwischen dem Radiusvek­ tor zu einem Verschraubkopf (2) und der durch die Achse des zentralen Antriebes verlaufenden Senkrechten auf den geraden Abschnitt (A) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufbewegung des Verschraubkopfes entlang des geraden Abschnittes über ein mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegtes Transportband erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubbewegung aus der Differenz der Geschwindigkeiten eines linearen Antriebs­ elementes für eine Verschraubspindel des Verschraubkopfes und dessen Umlaufge­ schwindigkeit entlang des geraden Abschnittes (a) erzeugt wird.

9. Verschraubmaschine für Behälter (1) mit Schraubverschlüssen, mit einem Führungs- und Transportpfad (3) für die Behälter (1), mindestens einen Verschraubkopf (2), welcher oberhalb eines Abschnittes des Führungs- und Transportpfades (3) parallel zu diesem auf einer getrennten Bahn umlaufend und mindestens teilweise gemeinsam mit dem Behälter (1) und synchron zu diesem bewegbar ist, mindestens einer Zufuhreinrichtung für Schraubverschlüsse, einer Antriebseinheit (13) mit einer zentralen Antriebswelle (20) für die Umlaufbewegung des Verschraubkopfes (2) entlang des Transportpfades (3) und mit Antriebselementen (5-12) für den Verschraubkopf (2) bzw. Verschraubungselemente am Verschraubkopf (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselemente (5-12) für den Verschraubkopf (2) eine zweite zentrale Antriebseinheit (4) aufweisen, die von der ersten zentralen Antriebseinheit (13) unabhängig ist.

10. Verschraubmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Antriebswellen (20) der zentralen Antriebseinheiten (4, 13) als Hohlwelle ausgebildet ist.

11. Verschraubmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (20) der ersten Antriebseinheit (13) als Hohlwelle ausgebildet ist und daß die Antriebswelle (8) der zweiten Antriebseinheit (4) durch das Innere der Antriebswelle (20) der ersten Antriebseinheit (13) hindurchgeführt ist.

12. Verschraubmaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß beide Antriebswellen (8, 20) als Hohlwelle ausgebildet sind und die eine als innen liegende Welle durch die andere hindurchgeführt ist, wobei der Hohlraum der innen liegenden Welle als Durchführung für ein pneumatisches oder hydraulisches Fließmittel dient.

13. Verschraubmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschraubkopf (2) radial verschiebbar an einem mit der Welle (20) der ersten Antriebseinheit (13) drehbaren Träger (38) gelagert ist.

14. Verschraubmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht kreisförmige Führung für den Umlauf des Verschraubkopfes (2) vorgesehen ist.

15. Verschraubmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungslinie (3′) für den Umlauf des Verschraubkopfes mindestens abschnittsweise gerade und tangential zu einem gedachten Kreis um die Achse (50) der zugehörigen Welle (20) verläuft.

16. Verschraubmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Antriebseinheit (4-12) eine lineare, in Querrichtung flexible und in Längs­ richtung im wesentlichen nicht dehnbare Antriebsverbindung mit einem Drehantrieb für die Verschraubelemente bzw. eine Verschraubspindel (12) des Verschraubkopfes (2) aufweist.

17. Verschraubmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsver­ bindung ein Zahnriemen (10) ist.

18. Verschraubmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei, vorzugsweise drei Verschraubköpfe im Abstand voneinander vorgesehen sind, welche durch eine gemeinsame Antriebsverbindung angetrieben werden.

19. Verschraubmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Verschraubkopfes entlang der Umlaufbahn über ein Schleppband erfolgt.

20. Verschraubmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheiten (4, 13) jeweils mindestens einen Servomotor für den Antrieb der zugehörigen Antriebswellen (8, 20) aufweisen.