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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schraubkopf zum Verschrauben
eines Schraubelements an einem Grundkörper, insbesondere zum Aufschrauben
einer Schraubkappe auf einer Flasche, mit einer Klemmeinrichtung,
in welcher das Schraubelement festhaltbar ist, wobei die Klemmeinrichtung
mindestens einen an einem Basisteil des Schraubkopfes schwenkbar
angebrachten Hebel mit einem Klemmarm und eine auf den Hebel wirkende Federanordnung
aufweist, wobei der Hebel mittels der Federkraft der Federanordnung
derart beaufschlagbar ist, dass der Klemmarm in Klemmeingriff mit
dem Schraubelement gelangt.
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Ein
Schraubkopf dieser Art ist beispielsweise der aus offenkundiger
Vorbenutzung der Anmelderin bekannte Schraubkopf zum automatisierten
Aufschrauben von Verschlusskappen auf Arzneimittelflaschen. Der
bekannte Schraubkopf weist drei längs zur Schraubachse verlaufende
Klemmarme auf, welche auf einer zur Schraubachse konzentrischen Kreisbahn
im Winkel von 120° zueinander
angeordnet sind. Die drei Klemmarme sind jeweils Teil eines L-förmigen Doppelarmhebels
und weisen neben dem Klemmarm jeweils einen von der Schwenkachse
des Doppelarmhebels ausgehenden und bezüglich der Schraubachse des
Schraubkopfs sich radial nach außen erstreckenden Kraftarm
auf. Die freien Enden der Kraftarme sind gegen Schraubenfedern abgestützt, welche
parallel zur Schraubachse im entsprechenden Abstand von dieser angeordnet
sind und sich andererseits an einer mit dem Basisteil fest verbundenen
Stützscheibe
abstützen.
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Bei
der Verwendung des bekannten Schraubkopfes wird zunächst ein Öffnungsstab
entlang der Schraubachse zwischen den Klemmarmen eingeführt, welcher
die Klemmarme nach außen
verdrängt
und die freien Enden der Klemmarme dabei bezüglich der Schraubachse abspreizt.
Dieses Abspreizen der Klemmarme geschieht entgegen der Kraft der
Federn, welche die Kraftarme beaufschlagen. Durch das Abspreizen
der drei Klemmarme bewegen sich an den freien Enden der Klemmarme
angebrachte Klemmabschnitte voneinander weg, so dass eine zu verschraubende
Verschlusskappe zwischen ihnen positioniert werden kann. Beim Entfernen
des Öffnungsstabs
schwenken die Klemmarme kraft der die Kraftarme beaufschlagenden
Federn zurück,
bis die Klemmabschnitte der Klemmarme in Eingriff mit der Verschlusskappe
gelangen und die Verschlusskappe sicher festhalten. Der Schraubkopf wird
dann mit der Verschlusskappe auf eine Flasche abgesenkt und in Drehung
um die Schraubachse versetzt, so dass die Verschlusskappe auf die
Flasche aufgeschraubt wird. Sobald die Kappe aufgeschraubt ist und
dabei ein gewünschtes
Verschraubmoment erreicht ist, wird die Drehung des Schraubkopfs
gestoppt. Nach erneutem Einführen
des Öffnungsstabs und
Lösen des
Klemmeingriffs der Klemmabschnitte mit der Verschlusskappe werden
Schraubkopf und verschraubte Flasche voneinander entfernt und der Schraubkopf
ist zum Aufnehmen einer weiteren Verschlusskappe bereit.
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Bei
dem bekannten Schraubkopf ergibt sich das folgende Problem. Für das Verschraubmoment zwischen
der Verschlusskappe und der Flasche sind insbesondere im Bereich
der Arzneimittelverarbeitung bestimmte Toleranzbereiche vorgegeben.
So muss die Flasche einerseits ausreichend dicht verschlossen sein.
Das Öffnungsmoment,
welches zum Öffnen
der Flasche aufgewendet werden muss, sollte jedoch nur so groß sein,
dass die Verschlusskappe ohne großen Kraftaufwand abschraubbar
ist. Es ergibt sich beispielsweise ein Verschraubwinkel von etwa
5°, innerhalb
welchem die Drehung der Verschlusskappe beim Aufschrauben gestoppt
werden muss.
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Um
eine solche Genauigkeit beim Verschrauben einhalten zu können, ist
es möglich,
eine ausreichend langsame Rotationsgeschwindigkeit des Schraubkopfes
beim Aufschrauben zu wählen. Mit
dieser Methode kann jedoch den Anforderungen der Produktivität nicht
genügt
werden. Bei einer dafür nötigen Erhöhung der
Drehzahl des Schraubkopfes auf einen gewünschten Wert von beispielsweise
etwa 800 bis 900 Umdrehungen pro Minute entsprechend einer Gesamtverschraubungszeit
von beispielsweise etwa 150 Millisekunden ist es dann jedoch zur
Einhaltung des vorgegebenen Bereichs für das Verschraubmoment erforderlich,
die Drehung des Schraubkopfs innerhalb weniger Millisekunden anzuhalten.
Da der Schraubkopf aufgrund der erforderlichen Klemmeinrichtung
mit den drei Doppelarmhebeln und der Federanordnung ein relativ
großes Trägheitsmoment
aufweist, kommt es in der Praxis häufig vor, dass der Sollbereich
für das
Verschraubmoment unter- oder überschritten
wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass
aufgrund der hohen Drehmomente, die zum Abbremsen des Schraubkopfs
nötig sind,
Regelmechanismen versagen, so dass die Kappe entweder zu locker
aufgeschraubt wird oder der Grenzwert für das Öffnungsmoment überschritten
wird.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist ein Schraubkopf bekannt, der auf eine Klemmeinrichtung
verzichtet und eine an die Form einer bestimmten Schraubkappe angepasste
Aufnahme aufweist. Für
die Drehmitnahme der Kappe durch die Aufnahme des Schraubkopfs ist
es jedoch nötig,
dass die Kappe einen Rand mit längs
zur Schraubachse verlaufenden Rillen aufweist, in welche ein Rillenprofil
der Aufnahme eingreifen kann. Ein solcher Schraubkopf ist daher
nur begrenzt für
bestimmte Typen und Größen von
Verschlusskappen einsetzbar.
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Darüber hinaus
ist es bekannt, die Taktrate einer Anlage zum Aufschrauben von Verschlusskappen
auf Arzneimittelflaschen dadurch zu erhöhen, dass man mit einer Mehrzahl
von Schraubköpfen mehrere
Flaschen gleichzeitig verschraubt, wobei die Drehzahl der einzelnen
Schraubköpfe
dann reduziert werden kann, um die Toleranzen für das Verschraubmoment zuverlässig einhalten
zu können.
Eine solche Lösung
ist natürlich
mit entsprechend größerem Platz-
und Kostenaufwand verbunden.
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Angesichts
der genannten Probleme bekannter Schraubköpfe ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Schraubkopf bereitzustellen, welcher auch bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten
ein zuverlässiges
Verschrau ben zwischen dem Schraubelement und dem Grundkörper ermöglicht. Insbesondere
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schraubkopf mit
geringem Trägheitsmoment
bereitzustellen, um etwa beim Aufschrauben einer Schraubkappe auf
einer Flasche auch bei hohen Verschraubraten ein Verschrauben mit
einem Verschraubmoment zu ermöglichen,
welches innerhalb eines vorgegebenen Sollbereichs liegt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe gelöst
durch einen Schraubkopf der eingangs genannten Art, bei welchem
die Federanordnung auf der der Schraubachse zugewandten Seite des
mindestens einen Klemmarms angeordnet ist.
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Der
erfindungsgemäße Schraubkopf
erlaubt es demnach, die Federanordnung deutlich näher an der
Schraubachse anzuordnen. Da der Abstand der Federanordnung von der
Schraubachse in den Beitrag der Federanordnung zum Gesamtträgheitsmoment
des Schraubkopfes quadratisch eingeht, wird auf diese Weise ein
Schraubkopf mit deutlich reduziertem Trägheitsmoment bereitgestellt.
Die Drehmomente, welche zum Beschleunigen und Abbremsen des Schraubkopfs
nötig sind,
sind damit wesentlich geringer, so dass ein gewünschtes Verschraubmoment genauer
erreicht werden kann. Andererseits ermöglicht die Reduzierung des
Trägheitsmoments
des Schraubkopfes, dass bei vorgegebenem Bereich für das Verschraubmoment
die Rotationsgeschwindigkeit des Schraubkopfes und damit die Gesamttaktrate
für das
Verschrauben des Schraubelements mit dem Grundkörper gesteigert werden kann,
wodurch sich die Produktivität
einer Gesamtanlage erhöht.
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Durch
die Reduzierung der zum Beschleunigen und Abbremsen des Schraubkopfes
benötigten Drehmomente
kann ferner der Antrieb energie- und kostensparend
ausgelegt werden bzw. eine vorgegebene Anlage, in der der erfindungsgemäße Schraubkopf
betrieben wird, kann bei gleichem Energieaufwand mit einer höheren Taktrate
betrieben werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der mindestens eine Hebel ein Doppelarmhebel,
welcher zusätzlich
zu dem Klemmarm einen Kraftarm aufweist, wobei der Kraftarm mittelbar oder
unmittelbar an der Federanordnung abgestützt ist. Die auf den Kraftarm
des mindestens einen Hebels wirkende Kraft der Federanordnung ist
dann durch Schwenken des Doppelarmhebels auf den Klemmarm übertragbar,
so dass der Klemmarm in Klemmeingriff mit dem Schraubelement treten
kann.
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Zur
Optimierung des Gesamtträgheitsmoments
kann die Federanordnung des erfindungsgemäßen Schraubkopfes ein im Wesentlichen
konzentrisch zur Schraubachse verlaufendes Federelement umfassen.
Durch den konzentrischen Verlauf des Federelements wird der Abstand
dieses Federelements zur Schraubachse und damit der Beitrag des
Federelements zum Gesamtträgheitsmoment
des Schraubkopfes minimiert. Es wird insbesondere daran gedacht,
das Federelement als Kunststofffederelement auszubilden. Aufgrund
der geringen Masse von Kunststoff gegenüber Metall, das herkömmlich als
Material für
die Federn eines Schraubkopfes verwendet wird, kann durch den Einsatz
eines Kunststofffederelements das Gesamtträgheitsmoment des Schraubkopfes
weiter reduziert werden. Neben seinem geringen Gewicht bietet Kunststoff
außerdem den
Vorteil der Korrosionsfestigkeit.
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Es
dürfte
von Vorteil sein, das Federelement zylinderförmig, insbesondere hohlzylinderförmig auszubilden.
Bei gegebener Masse bietet ein zylinderförmiger Rotationskörper gegenüber anderen
Rotationskörpern
gleicher Masse das minimale Trägheitsmoment.
Für einen
Schraubkopf, in welchem etwa ein Abschnitt des Basisteils entlang
der Schraubachse verläuft,
kann ein hohlzylinderförmiges,
um diesen Abschnitt des Basisteils herum angeordnetes Federelement
hinsichtlich des Trägheitsmoments
optimal sein.
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In
der Ausführungsform
der Erfindung, in welcher der mindestens eine Hebel als Doppelarmhebel
ausgebildet ist, ist der mindestens eine Doppelarmhebel im Wesentlichen
L-förmig
ausgebildet, wobei in Bezug auf die Schraubachse die Schwenkachse
des Doppelarmhebels radial außen liegt,
der Kraftarm im Wesentlichen von der Schwenkachse aus radial nach
innen und der Klemmarm im Wesentlichen längs der Schraubachse verläuft. Das
auf diese Weise radial innen liegende freie Ende des Kraftarms kann
dann durch die möglichst
nahe an der Schraubachse angeordnete Federanordnung beaufschlagt werden.
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Im
Hinblick auf ein minimales Trägheitsmoment
sowie auf eine einfache Herstellung des Schraubkopfes wird vorgeschlagen,
dass der mindestens eine Hebel als Frästeil mit geringem Massenträgheitsmoment
in Bezug auf eine Drehbewegung um die Schraubachse ausgebildet ist.
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Um
für die
Aufnahme eines Schraubelements die Klemmeinrichtung des erfindungsgemäßen Schraubkopfes
zu öffnen,
kann es vorgesehen sein, dass der Klemmarm des mindestens einen
Hebels einen zur Schraubachse weisenden Öffnungsbetätigungsabschnitt, insbesondere
in der Art einer an der zur Schraubachse weisenden Seite des Klemmarms
drehbar angebrachten Öffnungsbetätigungsrolle,
aufweist, derart, dass ein axial in den Schraubkopf eingeführter Öffnungsstab
den Öffnungsbetätigungsabschnitt
in Bezug auf die Schraubachse radial nach außen verdrängt und dabei den Klemmarm
in Bezug auf die Schraubachse abspreizt.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, insbesondere der
beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung, wird vorgeschlagen, dass die Klemmeinrichtung zwei
weitere, dem genannten Hebel im Wesentlichen gleichartige Hebel zum
gemeinsamen Einklemmen eines Schraubelements umfasst, wobei die
Hebel an in Bezug auf die Schraubachse radial nach außen verlaufenden
Vorsprüngen
des Basisteils gelagert sind. Drei solche schwenkbare Hebel können dann
um die Schraubachse herum im Winkel von etwa 120° zueinander angeordnet sein.
Dadurch wird ermöglicht,
dass das Schraubelement von drei Seiten gleichzeitig erfasst werden
kann und der Schraubkopf auf einfache Weise so ausgebildet werden
kann, dass sein Schwerpunkt auf der Schraubachse liegt.
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Zur
Anpassung des Schraubkopfes an verschiedene Typen von Schraubelementen
oder an verschiedene Sollwerte für
das Verschraubmoment ist es wünschenswert,
die Klemmkraft, mit welcher das Schraubelement von der Klemmeinrichtung
gehalten wird, einstellbar vorzusehen. Dies kann bei dem erfindungsgemäßen Schraubkopf
dadurch realisiert werden, dass die Federvorspannung der Federanordnung
mittels mindestens eines verstellbaren Federsitzes einstellbar ist.
Wird beispielsweise eine Feder der Federanordnung beim Abspreizen
der Klemmarme gestaucht, so kann die Klemmkraft erhöht werden,
indem der Abstand zwischen den beiden Federsitzen, an denen sich
die Feder abstützt, verringert
wird.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung, in welcher mehrere Hebel zum Halten des Schraubelements
vorgesehen sind, kann es vorgesehen sein, dass die Hebel von ein
und demselben Federelement beaufschlagbar sind. Auf diese Weise
kann die Anzahl der Federelemente in der Federanordnung und damit
der Beitrag der Federanordnung zum gesamten Trägheitsmoment des Schraubkopfes
reduziert werden. Zudem vereinfacht sich der Aufbau des Schraubkopfes
wesentlich, die Kosten für
die Herstellung können
reduziert werden und die Wartungsarbeiten können auf ein Federelement beschränkt werden.
Wird die Verwendung eines einzelnen Federelements zur Beaufschlagung
aller Hebel mit einem verstellbaren Federsitz kombiniert, so ergibt sich
der zusätzliche
Vorteil, dass zum Einstellen der Vorspannung für die Klemmkraft lediglich
die Vorspannung einer Feder eingestellt werden muss. Die Bedienung
und Flexibilität
des Schraubkopfes kann auf diese Weise verbessert werden.
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Die
Federanordnung kann an dem Schraubkopf so angeordnet sein, dass
die Hebel an einer Seite einer gemeinsamen ersten Federsitzscheibe
abgestützt
sind, an deren anderer Seite die Federanordnung abgestützt ist
und dass sich die Federanordnung andererseits an einer zweiten Federsitzscheibe abstützt. Es
ist dann möglich,
dass die zweite Federsitzscheibe, vorzugsweise durch einen Schraubvorgang,
relativ zum Basisteil axial verschiebbar ist. Es kann so erreicht
werden, dass die auf relativ kleiner Fläche wirkenden Druckkräfte der
freien Enden der Kraftarme durch die gemeinsame erste Federsitzscheibe
gleichmäßig über eine
der beiden Seiten der Federanordnung verteilt werden und andererseits eine
durch die Federanordnung verursachte Federkraft die Kraftarme aller
Hebel gleichermaßen
beaufschlagt. Durch die axiale Verstellung der zweiten Federsitzscheibe
kann dann die Klemmkraft für
alle Klemmarme des Schraubkopfes gleichermaßen eingestellt werden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird außerdem gelöst durch einen Schraubkopf
zum Verschrauben eines Schraubelements an einem Grundkörper, insbesondere
zum Aufschrauben einer Schraubkappe auf einer Flasche, mit einer
Klemmeinrichtung, in welcher das Schraubelement festhaltbar ist,
wobei die Klemmeinrichtung mindestens einen an einem Basisteil des
Schraubkopfes schwenkbar angebrachten Hebel mit einem Klemmarm und eine
auf den Hebel wirkende Federanordnung aufweist, wobei der Hebel
mittels der Federkraft der Federanordnung derart beaufschlagbar
ist, dass der Klemmarm in Klemmeingriff mit dem Schraubelement gelangt,
wobei der Schraubkopf insbesondere in der oben beschriebenen Art
und Weise ausgebildet ist und wobei gemäß diesem Aspekt der Erfindung
das Basisteil mindestens einen in einem Abstand zur Schraubachse
des Hebels angeordneten Verdrehanschlag für den Klemmarm des mindestens einen
Hebels aufweist.
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Ein
solcher Verdrehanschlag hat die folgende Wirkung. Nähert sich
am Ende des Aufschraubvorgangs der Drehwinkel des Schraubelements
seinem Endwert an, d.h. ist das Schraubelement nahezu vollständig auf
dem Grundkörper
aufgeschraubt, so wird einer weiteren Drehung des Schraubelements
in Aufschraubrichtung ein rasch ansteigendes Gegendrehmoment entgegengesetzt,
d.h. das Schraubelement wird festgeschraubt. Dieses Gegendrehmoment
wird von dem Schraubelement in die Klemmeinrichtung des Schraubkopfes übertragen, wodurch
das freie Ende des mindestens einen Klemmarms auf ein seitliches
Wegdrehen (senkrecht zur radialen Richtung und zur Schraubachsenrichtung) beansprucht
wird. Durch die Hebelwirkung des Klemmarms wird dieses Gegendrehmoment
in verstärkter Form
auf die Schwenkachse des mindestens einen Hebels übertragen.
Hebel, Schwenkachse des Hebels und Lagerung des Hebels müssen daher
herkömmlich
sehr stabil ausgeführt
werden, weshalb die Masse dieser Bauteile und damit das gesamte
Trägheitsmoment
des Schraubkopfes entsprechend hoch sind. Wird dagegen der mindestens
eine Klemmarm nun gemäß der Erfindung
im Abstand zu seiner Schwenkachse an dem Verdrehanschlag abgestützt, so
können
die im Bereich der Schwenkachse wirkenden Kräfte deutlich reduziert werden.
Der Hebel, die Schwenkachse sowie die Lagerung der Schwenkachse
können
dann wesentlich weniger stabil und damit leichter ausgeführt werden,
wodurch sich das Gesamtträgheitsmoment
des Schraubkopfes wesentlich reduzieren lässt. Der Verdrehanschlag sollte
dann dementsprechend so ausgerichtet und angeordnet sein, dass er
ein tangentiales Wegdrehen (d.h. Wegdrehen in Umfangsrichtung) des
Klemmarms gegen die Schraubrichtung blockiert.
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Der
Anschlag kann so ausgebildet sein, dass er eine im Wesentlichen
radial zur Schraubachse verlaufende Führung bildet, an welcher der
Klemmarm während
des Schwenkens des Hebels führbar
ist. Der Anschlag gewährleistet
dann zusätzlich
die genaue Position des Klemmarms in tangentialer Richtung zur Schraubachse.
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Ferner
kann der Anschlag aber auch so gestaltet sein, dass er zwei Anschlagsflächen für zwei in Umfangsrichtung
benachbarte Klemmarme aufweist. Vorzugsweise stehen dann bei einem
Schraubkopf mit einer Mehrzahl von Klemmarmen zwischen zwei benachbarten
Klemmarmen jeweils solche Anschläge
vor, wobei jedem der benachbarten Klemmarme dann jeweils eine Anschlagsfläche zugewandt
ist. Solche doppelseitig ausgebildeten Anschläge ermöglichen die Verwendung ein
und desselben Schraubkopfes sowohl zum Aufschrauben eines Schraubelements
am Grundkörper
als auch zum Abschrauben (Lösen)
des Schraubelements vom Grundkörper.
Andererseits kann ein solcher Schraubkopf sowohl für Schraubelemente
mit Rechtsgewinde als auch für
Schraubelemente mit Linksgewinde eingesetzt werden. Je nach Richtung des
auf die Klemmarme übertragenen
Gegendrehmoments, welches das Schraubelement dem jeweiligen Auf-
oder Abschraubvorgang entgegensetzt, können sich die Klemmarme dann
an der entsprechenden Anschlagsfläche abstützen.
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Ein
den Verdrehanschlag bildendes Bauelement kann zudem auch einen Anschlag
für die
eigentliche Schwenkbewegung der Hebel in Richtung zur Schraubachse
hin bilden, um eine definierte Lage der Hebel festzulegen, wenn
eine solche Lage nicht durch einen Öffnungstab oder eine festgehaltene Kappe
gegeben ist.
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In
der mehrere Klemmarme umfassenden Ausführungsform der Erfindung ist
vorzugsweise für jeden
Klemmarm ein Anschlag vorgesehen, wobei die Anschläge einstückig an
einem zur Schraubachse konzentrischen Zackenrad ausgebildet sein
können.
Die Anschläge
lassen sich auf diese Weise durch ein auf einfache Weise herzustellendes
Bauteil geringen Trägheitsmoments
herstellen. Vorteilhaft können
dann Anschläge
für die
radiale Schwenkbewegung der Hebel in den Tälern des Zackenrads gebildet
sein.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert. Es
zeigen:
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1 bis 3 eine
Vorderansicht, eine Draufsicht bzw. eine Unteransicht des Schraubkopfes
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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4 eine
Schnittansicht des Schraubkopfes gemäß einer Schnittebene IV-IV in 2,
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5 eine
Schnittansicht des Schraubkopfes gemäß einer Schnittebene V-V in 1 und
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6 eine
der 5 analoge Schnittansicht des Schraubkopfes, welche eine
Ausführungsvariante
der Erfindung illustriert.
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Das
in den Figuren illustrierte Ausführungsbeispiel
ist für
die Verschraubung einer Verschlusskappe auf einer Flasche, insbesondere
einer Arzneimittelflasche bestimmt. Wie in 1 und 4 am besten
zu erkennen ist, weist der Schraubkopf ein Basisteil 10 mit
einem Kopfabschnitt 12, einem Mittelabschnitt 14 und
einem Fußabschnitt 16 auf,
welche fest miteinander verbunden oder einstückig ausgebildet sind.
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Der
Kopfabschnitt 12 ist in der Draufsicht (siehe 2)
sternförmig,
mit drei von der Schraubachse A des Schraubkopfes aus radial nach
außen verlaufenden
Vorsprüngen 18.
Die Vorsprünge 18 weisen
von außen
entlang ihrer radialen Richtung verlaufende Ausnehmungen 20 auf,
welche an jedem Vorsprung 18 jeweils zwei im Abstand zueinander und
parallel zur radialen Achse sowie zur Schraubachse ausgerichtete
Aufnahmewände 22 belassen.
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Zwischen
zwei Aufnahmewänden 22 eines Vorsprungs 18 verläuft die
Schwenkachse 24 eines Doppelarmhebels 26, welche
in Öffnungen
der Aufnahmewände 22 jeweils
festgelegt ist. Die Schwenkachse 24 ist drehbar durch den
Doppelarmhebel 26 hindurchgeführt, so dass der Doppelarmhebel 26 über die
Schwenkachse 24 an dem Vorsprung 18 schwenkbar
gelagert ist.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die drei Doppelarmhebel 26 gleichartig ausgebildet, so
dass die Beschreibung auf einen Doppelarmhebel 26 beschränkt werden
kann. Der Doppelarmhebel 26 ist im Wesentlichen L-förmig und
umfasst einen Kraftarm 28, welcher von der Schwenkachse 24 aus
radial nach innen zur Schraubachse A hin verläuft, sowie einen Klemmarm 30,
welcher von der Schwenkachse 24 aus im Wesentlichen längs zur
Schraubachse A verläuft.
An einem in 1 und 4 nach unten weisenden
freien Ende des Klemmarms 30 ist ein Klemmabschnitt 32 mittels
Schrauben 34 befestigt.
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Dieser
Klemmabschnitt 32 weist eine kreisabschnittförmige, konvex
gekrümmte
Anschlagsfläche 36 auf,
deren Krümmungsradius
dem Außenradius
einer durch die Klemmeinrichtung festzuhaltenden Verschlusskappe
angepasst ist. Zusammen mit den Klemmabschnitten 32 der
anderen zwei Klemmarme 30 wird auf diese an sich bekannte
Weise eine Aufnahme für
die Verschlusskappe gebildet.
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Des
Weiteren weist der Klemmarm 30 entsprechend dem Vorbild
eines bekannten Schraubkopfes einen Öffnungsabschnitt 38 auf,
welcher durch eine an einem sich radial nach innen erstreckenden
Vorsprung 40 des Klemmarms 30 drehbar gelagerte Öffnungsbetätigungsrolle 42 gebildet
ist, wobei die Drehachse der Öffnungsbetätigungsrolle 42 bezüglich einer
Drehung um die Schraubachse A tangential orientiert ist. In einer
später
zu beschreibenden Weise bildet die Lauffläche der Öffnungsbetätigungsrolle 42 eine
Angriffsfläche
für einen Öffnungsstab.
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Der
von der Schwenkachse 24 des Hebels 26 radial nach
innen verlaufende Kraftarm 28 steht im Wesentlichen senkrecht
von dem Klemmarm ab und ist deutlich kürzer. In besonders vorteilhafter
Weise ist sein freies Ende in radialer Richtung zur Schraubachse
A hin orientiert. Der Kraftarm 28 ist im Wesentlichen vollständig zwischen
den Aufnahmewänden 22 der
Ausnehmung 20 in dem Vorsprung 18 positioniert
und an seinem freien Ende ist eine Druckrolle 44 gelagert,
deren Achse 46 bezüglich
einer Drehbewegung um die Schraubachse A tangential orientiert ist
(siehe 2 und 4). Zweckmäßigerweise ist die Druckrolle 44,
in analoger Weise wie bei der Aufnahme des Hebels 26 in
der Ausnehmung 20, in einer Ausnehmung 48 des
freien Endes des Kraftarms 28 aufgenommen, wobei die Rollenachse 46 in Seitenwänden 50 der
Ausnehmung 48 gehalten ist.
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Die
Druckrolle 44 ist im Kontakt mit einer Federanordnung 52,
welche im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 und 4 näher erläutert wird.
Die Federanordnung 52 umfasst eine hohlzylinderförmige Kunststofffeder 54,
welche den Mittelabschnitt 14 des Basisteils 10 unterhalb
des Kopfab schnitts 12 umgibt. Die Kunststofffeder 54 ist
aus einem elastischen Kunststoff gebildet und ist so ausgelegt,
dass sie einer Stauchung in axialer Richtung der Schraubachse A
eine Federkraft entgegensetzt. An ihrer dem Kopfabschnitt 12 des
Basisteils 10 zugewandten Stirnseite stützt sich die Feder 54 an
einer ersten Federsitzscheibe 56 ab, auf deren anderer
Seite die Druckrollen 46 anliegen, während sie sich an ihrer dem
Fußabschnitt 16 des
Basisteils 10 zugewandten Stirnseite an einer zweiten Federsitzscheibe 58 abstützt.
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Die
erste Federsitzscheibe 56 ist axial beweglich auf dem Mittelabschnitt 14 geführt, wobei eine
Bewegung in Richtung des Kopfabschnittes 12 durch ein Anschlagen
der ersten Federsitzscheibe 56 am Kopfabschnitt begrenzt
ist. Die zweite Federsitzscheibe 58 steht im Gewindeeingriff
mit dem Mittelabschnitt 14 des Basisteils 10.
Sie weist ferner einen hülsenartigen
Fortsatz 60 auf, der sich entlang des Mittelabschnitts 14,
diesen im Gewindeeingriff umgebend, in Richtung zur ersten Federsitzscheibe 56 hin erstreckt.
Die Kunststofffeder 54 liegt damit an der Außenseite
des hülsenartigen
Fortsatzes 60 an, wodurch erreicht wird, dass die Kunststofffeder 54 bei einer
Stauchung nicht gegen das Außengewinde
des Mittelabschnitts 14 gedrückt und möglicherweise beschädigt wird.
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Durch
den Gewindeeingriff zwischen der zweiten Federsitzscheibe 58 mit
ihrem hülsenartigen Fortsatz 60 und
dem Mittelabschnitt 14 des Basisteils 10 ist es
möglich,
die Vorspannung der Kunststofffeder 54 einzustellen. Dazu
wird die zweite Federsitzscheibe 58 durch Schraubbewegung
bezüglich
des Mittelabschnitts 14 und damit auch bezüglich der
ersten Federsitzscheibe 56 axial in Richtung der Schraubachse
A verschoben, wobei zur Drehung ein entsprechendes Werkzeug (nicht
dargestellt) in radiale Einbohrungen 62 in der zweiten
Federsitzscheibe 58 einführbar ist. Es ist somit möglich, die
Vorspannung der gesamten Federanordnung 52 des Schraubkopfes,
welche alle drei Doppelarmhebel 26 beaufschlagt, durch
Drehung einer einzigen Federsitzscheibe 58 einzustellen.
Der Aufwand zur Anpassung des Schraubkopfes an verschiedene Typen
von Verschlusskappen und Vor gaben für das Verschraubmoment ist
damit wesentlich geringer als bei Schraubköpfen des Stands der Technik.
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In
dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung verwirklicht. Dieser bezieht
sich auf je einen Verdrehanschlag 64 für jeden der Klemmarme 30 des
Schraubkopfes, welcher in der Schnittansicht gemäß 5 (Schnitt
entsprechend V-V in 1) illustriert ist.
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Die
Verdrehanschläge 64 sind
einstückig
mit dem Fußabschnitt 16 des
Basisteils 10 verbunden und stehen zackenartig von diesem
ab. Anschlagsflächen 66 der
Verdrehanschläge 64 sind
so orientiert, dass sie an dem zugehörigen Klemmarm seitlich anliegen
oder in geringem Abstand zu diesem verlaufen. Dabei ist es ausreichend,
wenn jeder Klemmarm 30 sich nur an der Seite an einem Verdrehanschlag 64 abstützen kann,
zu welcher er beim Verschrauben der Verschlusskappe gedrängt wird.
In 5 ist die Drehrichtung des Schraubkopfes durch
einen Pfeil B gekennzeichnet. Beim Aufschrauben der Verschlusskappe
wird dieser Drehung, insbesondere bei fast vollständig aufgeschraubter
Kappe, ein Gegendrehmoment entgegengesetzt, welches die mit der
Kappe in Klemmeingriff stehenden Klemmarme 30 in eine dem
Pfeil B entgegengesetzte Richtung zu verdrehen versucht. Dieses
Verdrehen wird jedoch gemäß der Erfindung
verhindert, da jeder Klemmarm 30 seitlich an der Anschlagsfläche 66 des
zugehörigen
Verdrehanschlags 64 zur Anlage kommt.
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Durch
den Verdrehanschlag 64 wird also eine am freien Ende des
Klemmarms 30 angreifende Kraft nicht durch Hebelwirkung
verstärkt
auf den Bereich der Schwenkachse 24 und seiner Lagerung übertragen,
sondern wird von dem im relativ großen Abstand zur Schwenkachse 24 angeordneten
Verdrehanschlag 64 aufgenommen. Je größer dabei entlang der Schraubachse
A der Abstand zwischen der Schwenkachse 24 und dem Verdrehanschlag 64 ist, desto
effektiver kann das Gegendrehmoment der Schraubkappe von dem Fußabschnitt 16 des
Basisteils 10 absorbiert werden. Es entfallen somit Maßnahmen
zur Stabilisierung der Doppelarmhebel 26 und deren Lagerung,
so dass die gesamte Klemmeinrichtung wesentlich einfacher und vor
allem mit einem wesentlich geringeren Trägheitsmoment ausgebildet werden
kann.
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Darüber hinaus
bieten die Anschlagsflächen 66 der
Verdrehanschläge 64 auch
eine Führung
für die
Klemmarme 30, um einseitig ein korrektes Schwenken der
Klemmarme 30 in radialer Richtung zu unterstützen. Zudem
erkennt man in 5, dass die Klemmarme 30 bei
ihrer Schwenkbewegung in radialer Richtung zur Schraubachse A hin
auf einen Anschlag 67 treffen, sofern diese Schwenkbewegung nicht
vorher durch eine zwischen den Klemmarmen 30 aufgenommene
Verschlusskappe gestoppt wird. Die Anschläge 67 sind ebenso
wie die Verdrehanschläge 64 einstückig an
dem Fußabschnitt 16 ausgebildet.
Unter Berücksichtigung
aller drei Funktionen des Fußabschnitts 16,
nämlich
als Verdrehanschlag, als Schwenkanschlag und als radiale Führung sowie
unter der Maßgabe
der Bereitstellung eines Schraubkopfes mit möglichst geringem Trägheitsmoment
ist die Verwendung eines Fußabschnitts 16 mit
einer in 5 gezeigten Querschnittsform
von Vorteil, in welcher dieser an ein Schaufelrad erinnert.
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Gleichermaßen kann
auch ein doppelseitiger Verdrehanschlag verwendet werden, etwa von
der in 6 gezeigten Querschnittsgestalt. Jeder Verdrehanschlag 64a weist
in diesem Fall zwei Anschlagsflächen 66a, 67a für in Umfangsrichtung
benachbarte Klemmarme auf. Bei einer Drehung des Schraubkopfes und
damit der Anschläge 64a in 6 im
Uhrzeigersinn wirken dann die Anschlagsflächen 66a mit den Klemmarmen 30 zusammen,
um diese in Drehrichtung mitzunehmen. Andererseits wirken bei einer Drehung
des Schraubkopfes und damit der Anschläge 64a in 6 entgegen
dem Uhrzeigersinn die Anschlagsflächen 67a mit den Klemmarmen 30 zusammen.
Damit kann in beiden Drehrichtungen des Schraubkopfes ein evtl.
auftretendes und von einer Schraubkappe auf die Klemmarme 30 übertragenes Gegendrehmoment
in den Anschlägen 64a aufgenommen
werden, so dass ein solcher Schraubkopf sowohl für Rechts- als auch für Linksgewinde geeignet
ist und außerdem
gleichermaßen
zum Auf- oder Abschrauben einer Verschlusskappe verwendbar ist.
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Bei
der Verwendung des erfindungsgemäßen Schraubkopfes
zum Verschrauben einer Verschlusskappe auf einer Flasche wird zunächst ein Öffnungsstab
(nicht gezeigt) entlang der Schraubachse A in eine Öffnung 68 des
Basisteils 10 eingeführt,
bis er an den Laufflächen
der Öffnungsbetätigungsrollen 42 anstößt. Die
Außenkontur
des Öffnungsstabs
ist so gewählt,
dass er beim weiteren Einführen
in den Schraubkopf die Öffnungsbetätigungsrollen 42 radial
nach außen
verdrängt.
Dabei werden die Doppelarmhebel 26 derart um die Schwenkachse 24 verschwenkt,
dass die freien Enden des Klemmarms 30 sich von der Schraubachse A
radial nach außen
abspreizen, während
sich die an den freien Enden der Kraftarme 28 angebrachten Druckrollen 44 in
etwa parallel zur Schraubachse nach unten bewegen. Da die Druckrollen 44 an
der Federanordnung 52 anliegen, stauchen sie dabei die Kunststofffeder 54,
so dass der Schwenkbewegung der Doppelarmhebel 26 und damit
der Öffnungsbewegung
der Klemmabschnitte 32 die Federkraft der Kunststofffeder 54 entgegengesetzt
wird. Zwischen die geöffneten
Klemmabschnitte 32 wird eine zu verschraubende Verschlusskappe
(nicht gezeigt) eingeführt.
Anschließend
wird der Öffnungsstab
in Richtung der Schraubachse A wieder aus dem Schraubkopf herausgezogen,
wodurch die Doppelarmhebel 26 kraft der Kunststofffeder 54 derart
zurückgeschwenkt
werden, dass sich die Klemmabschnitte 32 wieder radial
auf die Schraubachse A zubewegen, bis sie an der Verschlusskappe
zur Anlage kommen und diese von drei Seiten im Klemmeingriff festhalten.
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Der
Schraubkopf mit der daran festgehaltenen Verschlusskappe wird dann
einer Flasche angenähert,
auf welcher die Verschlusskappe aufzuschrauben ist. Ein Elektromotor
versetzt den Schraubkopf in eine Drehbewegung um die Drehachse A
in Richtung des Pfeils B mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise
etwa 800 bis 900 Umdrehungen pro Minute. Gleichzeitig wird der Schraubkopf entsprechend
der Ganghöhe
des Gewindes axial zur Flasche hin verschoben.
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Kurz
vor dem Erreichen der Endposition der Verschlusskappe auf der Flasche,
d.h. bei Annäherung
an den Endanschlag des Gewindes zwischen Kappe und Flasche, beginnt
die Schraubverbindung der Drehbewegung des Schraubkopfes ein rasch
anwachsendes Gegendrehmoment entgegenzusetzen. Dieses Gegendrehmoment
kann durch ein Ansteigen des Motorstroms, welcher über den
Motor fließt,
erfasst werden. Im einfachsten Fall entspricht dann ein bestimmtes
Gegendrehmoment einem bestimmten Motorstrom. Mittels einer Schwellwertschaltung
kann der Motor dann abgeschaltet oder/und der Schraubkopf gebremst
werden, wenn das Gegendrehmoment einen bestimmten Wert überschreitet.
Dieses Gegendrehmoment entspricht dann wiederum dem Verschraubmoment
(auch Verschließmoment),
mit welchem die Kappe auf der Flasche aufgeschraubt ist.
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Zur
Erfüllung
bestimmter Qualitätskriterien ist
für das
Verschraubmoment oftmals ein bestimmter Sollbereich vorgegeben.
Durch die gemäß der Erfindung
getroffenen Maßnahmen
weist der erfindungsgemäße Schraubkopf
gegenüber
bekannten Schraubköpfen
des Stands der Technik ein wesentlich geringeres Trägheitsmoment,
beispielsweise ein nur halb so großes Trägheitsmoment auf. Insbesondere
bei einer Kombination verschiedener Erfindungsaspekte, etwa der
Verlagerung der Federanordnung zur Schraubachse A hin, der Verwendung
einer Kunststofffeder sowie der Ausbildung von Verdrehanschlägen kann
die maximale Drehzahl des Schraubkopfes, bei welcher ein zuverlässiges Verschrauben mit
vorgegebenem Verschraubmoment gewährleistet werden kann, deutlich
gesteigert werden. Darüber
hinaus kann vorgesehen sein, dass für das Basisteil 10 und
die Doppelarmhebel 26 sehr leichte, jedoch feste Materialien,
wie etwa hochfestes Aluminium oder/und Titan, verwendet werden.
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Aufgrund
des wesentlich vereinfachten Aufbaus ist zudem Montage, Wartung
und Reinigung des erfindungsgemäßen Schraubkopfes
sehr einfach möglich.
Insbesondere eine einfach und damit gründlich durchführbare Reinigung
des Schraubkopfes ist vor allem im Bereich der Arzneimittel verarbeitung von
großem
Vorteil.
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Ein
weiterer Vorteil des beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung
ergibt sich aus der grundlegend vereinfachten Federanordnung. Die Verwendung
von nur einer Feder aus einem Kunststoff verhindert das Auftreten
von Reibung innerhalb der Federanordnung sowie eine damit verbundene Freisetzung
feiner Partikel, wie es bei der Verwendung herkömmlicher Schraubköpfe mit
mehrere Spiralfedern oder ggf. Tellerfedern umfassenden Federanordnungen
als Problem bekannt war.