УКУПОРОЧНАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ НАВИНЧИВАНИЯ НАВИНЧИВАЮЩЕЙСЯ КРЫШКИ
CAPPING HEAD FOR SCREWING OF SCREW CAPS

Изобретение относится к укупорочной головке для навинчивания навинчивающейся крышки на емкости, в частности на бутылки, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Укупорочные головки оговоренного здесь вида известны. Они служат для навинчивания навинчивающейся крышки на емкость при закупоривании емкостей с помощью навинчивающихся крышек, причем, в частности, вращающий момент передается с укупорочной головки на навинчивающуюся крышку. Для этого известные укупорочные головки имеют центральную ось, одновременно образующую ось вращения укупорочной головки, а также укупорочный конус, имеющий выемку, в которую входит навинчивающаяся крышка. Выполнение в качестве укупорочного конуса обуславливает то, что выемка по меньшей мере в области укупорочного конуса имеет, если смотреть в поперечном сечении, образованный в виде усеченного конуса контур. Этот контур уменьшает риск заедания навинчивающейся крышки в выемке или в укупорочном конусе. Укупорочный конус таких укупорочных головок, как правило, имеет зубчатый профиль с зубчиками, обращенными по существу в направлении центральной оси укупорочного конуса. Такие укупорочные головки используются для навинчивания, т.е. для завинчивания, навинчивающихся крышек, имеющих на наружной поверхности рифление в виде выступов или зубчиков. Благодаря взаимодействию зубчатого профиля и рифления с укупорочной головки на навинчивающуюся крышку может передаваться большой вращающий момент. Кроме того, выемка известных укупорочных головок имеет отверстие, через которое навинчивающаяся крышка по меньшей мере частично может заправляться в укупорочный конус. Как известно, диаметр окружности впадин между зубчиками зубчатого профиля располагается на первой воображаемой тороидальной поверхности, а диаметр окружности вершин зубчиков - на второй тороидальной поверхности зубчатого профиля, причем первая и вторая тороидальные поверхности расположены концентрично относительно центральной оси укупорочной головки. Вторая тороидальная поверхность и центральная ось определяют или составляют между собой угол α. Для предотвращения заедания навинчивающейся крышки α обычно выбирается >0°. Укупорочный конус направлен таким образом, чтобы он расширялся в направлении отверстия (зева). При этом первая и вторая тороидальные поверхности, как известно, направлены параллельно друг другу. Известные укупорочные головки без проблем взаимодействуют, соответственно, только с определенной навинчивающейся крышкой. В то же время навинчивание на емкости, в частности, различных навинчивающихся крышек посредством одной и той же укупорочной головки невозможно, поскольку неподходящие навинчивающиеся крышки, помимо всего прочего, заклинивались бы из-за различия характеристик их растяжения при навинчивании. В результате в автоматизированной укупорочной машине дело быстро могло бы дойти до серьезного повреждения, поскольку высвобождение навинчивающейся крышки и тем самым высвобождение емкости из укупорочной машины было бы невозможно. Поэтому укупорочные головки выполнены таким образом, чтобы в укупорочной машине они могли заменяться простым способом. Так, например, укупорочные головки, как правило, снабжены со своего конца, противоположного конусу, резьбой, с помощью которой они крепятся в/на своем креплении в укупорочной машине. Однако наличие соответствующей определенной укупорочной головки для определенной навинчивающейся крышки, помимо всего прочего, означает простои, обусловленные машинной обработкой с заменой укупорочной головки, которые влекут за собой соответствующие расходы.
Таким образом, задачей изобретения является создание укупорочной головки вышеуказанного вида, предотвращающей заклинивание и обеспечивающей, в частности, навинчивание на емкости разных навинчивающихся крышек.
Для решения этой задачи предлагается укупорочная головка с признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения. Укупорочная головка отличается тем, что первая и вторая тороидальные поверхности образуют угол β>0º. Таким образом, предусмотрено, чтобы между первой и второй тороидальными поверхностями угол был больше нуля так, чтобы первая и вторая тороидальные поверхности не были направлены параллельно друг другу. Это ведет к тому, что если смотреть в направлении центральной оси, то высота зубчиков зубчатого профиля увеличивается. При альтернативном подходе, если смотреть в осевом направлении, увеличивается глубина впадины между зубчиками. При этом высота зубчиков, или глубина впадины между зубчиками, целесообразным образом увеличивается в направлении отверстия (зева) выемки, так что вблизи отверстия зубчики имеют большую высоту, чем при большем удалении вглубь отверстия. В результате приходится считаться, в частности, с характеристиками растяжения навинчивающихся крышек при навинчивании, т.е. при завинчивании емкостей. Замечено, что навинчивающаяся крышка при навинчивании в направлении своей центральной оси, т.е. в осевом направлении, растягивается по-разному. A именно, навинчивающиеся крышки на своей боковой поверхности вблизи своей закрытой торцевой поверхности растягиваются меньше, чем вблизи отверстия в резьбе, вследствие чего при навинчивании U-образное поперечное сечение по меньшей мере частично расширяется, например, до V-образного поперечного сечения. Благодаря второму углу β>0º между первой и второй тороидальными поверхностями добиваются того, чтобы навинчивающаяся крышка вблизи отверстия могла без заедания расширяться в укупорочной головке в большей степени. Предпочтительный вариант выполнения укупорочной головки обеспечивает это за счет того, что разные навинчивающиеся крышки одного так называемого семейства навинчивающихся крышек могут навинчиваться на емкости, в частности на бутылки, с помощью одной и той же укупорочной головки. Навинчивающиеся крышки одного семейства навинчивающихся крышек отличаются по существу выполнением рифления и характеристиками растяжения навинчивающейся крышки. Выбор угла β>0º позволяет, чтобы даже навинчивающаяся крышка семейства навинчивающихся крышек с наибольшим рифлением еще могла устанавливаться в укупорочном конусе и завинчиваться без заклинивания. В частности, углы выбраны таким образом, чтобы расширение при навинчивании не приводило к тому, чтобы выступы рифления прижимались ко дну впадин между зубчиками или к диаметру впадин окружности зубчатого профиля укупорочной головки и тем самым деформировались или повреждались. В общем, посредством предпочтительной укупорочной головки предотвращается заклинивание и/или повреждение разных навинчивающихся крышек одного семейства навинчивающихся крышек.
В одном предпочтительном усовершенствованном варианте выполнения укупорочной головки предусмотрено, чтобы α выбирался >0° так, чтобы укупорочный конус определялся, или образовывался, не только радиусом окружности впадин между зубчиками зубчатого профиля, но и радиусом окружности вершин зубчиков или второй тороидальной поверхностью. Конусность укупорочного конуса в этом случае создается также за счет того, что вторая тороидальная поверхность и центральная ось образуют первый угол α>0°, а первый радиус второй тороидальной поверхности со стороны, обращенной к отверстию, больше, чем второй диаметр второй тороидальной поверхности со стороны, обращенной от отверстия. Таким образом, установка навинчивающейся крышки без заедания обеспечивается посредством предпочтительно отформованного укупорочного конуса.
В порядке альтернативы возможно, чтобы выбирался, или устанавливался, угол α=0°. При этом укупорочный конус задается только первой тороидальной поверхностью зубчатого профиля и углом β>0º. В то же время, вторая тороидальная поверхность, вдоль которой аксиально проходят вершины зубчиков, выполнена цилиндрической. Благодаря этому укупорочный конус, в общем, установлен особенно близко к навинчивающейся крышке, имеющей цилиндрическую или по меньшей мере цилиндрическую основную боковую поверхность. Кроме того, благодаря предпочтительному выбору угла β в обоих случаях предотвращается заклинивание навинчивающейся крышки при установке.
Другие варианты выполнения и преимущества укупорочной головки проистекают из зависимых пунктов формулы изобретения.
Ниже изобретение более подробно поясняется со ссылкой на чертежи, которые представляют:
фиг.1 - укупорочная головка с навинчивающейся крышкой первого типа, и
фиг.2 - укупорочная головка с навинчивающейся крышкой второго типа того же семейства навинчивающихся крышек.
На фиг.1 в упрощенном виде изображен разрез области или половины укупорочной головки 1 для навинчивания, т.е. для завинчивания (до отказа) навинчивающихся крышек на емкостях. Укупорочная головка 1 имеет центральную ось 3, вокруг которой укупорочная головка 1 приводится во вращение для навинчивания навинчивающейся крышки, причем центральная ось 3 образует ось симметрии для основных элементов укупорочной головки 1. Укупорочная головка 1 устанавливается на не показанной здесь более подробно укупорочной машине, содержащей привод, находящийся с укупорочной головкой в кинематической связи, например, через ведущий вал.
Кроме того, укупорочная головка имеет выемку 5, по меньшей мере на отдельных областях имеющую укупорочный конус 7. Укупорочный конус 7 расположен концентрично относительно центральной оси укупорочной головки 1.
Укупорочный конус 7 отличается тем, что на его внутренней стороне предусмотрен зубчатый профиль 9 с несколькими зубчиками 11, равномерно распределенными по окружности (периферии) укупорочного конуса 7. Целесообразным образом количество зубчиков 11 соответствует числу выступов или зубчиков рифления навинчиваемой навинчивающейся крышки определенного семейства навинчивающихся крышек. Здесь исходят из того, что рифление навинчивающихся крышек одного семейства постоянно содержит одинаковое число выступов/зубчиков. В то же время точное соответствие ширины зубчиков 11 рифлению не является безусловно необходимым и в конечном счете даже нежелательно, поскольку в противном случае была бы ограничена совместимость с разными навинчивающимися крышками одного семейства навинчивающихся крышек. Однако естественно, возможно также, что зубчатый профиль конуса 7 имеет в общем случае общий делитель с рифлением навинчиваемой навинчивающейся крышки определенного семейства навинчивающихся крышек. Таким образом, может быть предусмотрено, чтобы укупорочный конус 7 содержал только 12 зубчиков, в то время как рифление навинчивающихся крышек одного семейства навинчивающихся крышек имеет 24, 60, 72, 120 или 144 зубчика или выступа. Важно, чтобы постоянно было возможно зацепление зубчатого профиля с рифлением.
Предпочтительно, зубчики 11 зубчатого профиля 9 проходят параллельно центральной оси 3 и целесообразным образом обращены по меньшей мере по существу в направлении центральной оси 3. Размеры зубчиков 11 зубчатого профиля определяются диаметром окружности впадин между зубчиками и диаметром окружности вершин зубчиков, причем диаметр окружности впадин между зубчиками расположен на первой воображаемой тороидальной поверхности 13, а диаметр окружности вершин зубчиков - на второй воображаемой тороидальной поверхности 15. При этом первая и вторая тороидальные поверхности 13, 15 расположены концентрично относительно центральной оси 3 укупорочной головки 1. Таким образом, при этом предусмотрено, чтобы вершины зубчиков и впадины между зубчиками 11 располагались на соответствующих тороидальных поверхностях 13, 15, расположенных концентрично, так, чтобы, если смотреть по окружности (периферии) укупорочного конуса 7, зубчики 11 зубчатого профиля 9 имели одинаковую высоту, соответственно, впадины между зубчиками - одинаковую глубину.
Кроме того, как видно на фиг.1, вторая тороидальная поверхность 15 образует с центральной осью 3 первый угол α, выбранный больше 0° (α>0º). В результате обеспечивается конусность укупорочного конуса. Укупорочная головка 1 имеет на своей открытой торцовой стороне 17 отверстие (зев) 19 выемки 5. При этом укупорочный конус выполнен таким образом, что он расширяется в направлении отверстия (зева) 19. Для этого первый диаметр второй тороидальной поверхности 15 со стороны, обращенной к отверстию 19, больше, чем второй диаметр второй тороидальной поверхности 15 со стороны, обращенной от отверстия 19.
Предпочтительным образом предусмотрено, чтобы первая и вторая тороидальные поверхности 13, 15 образовывали второй угол β, также выбираемый больше 0° (β>0º). Благодаря такому выбору угла β для зубчатого профиля 9 получается, что высота зубчиков 11, если смотреть по их продольной протяженности, изменяется, причем здесь расстояние между первой и второй тороидальными поверхностями 13, 15 с их стороны, обращенной к отверстию 19, больше расстояния между первой и второй тороидальными поверхностями 13, 15 с их стороны, обращенной от отверстия 19. Другими словами, высота зубчиков 11, соответственно, глубина впадины между зубчиками 11 зубчатого профиля 9 в направлении отверстия 19 увеличивается. В конечном счете, это означает, что первая тороидальная поверхность 13 образует со средней осью 3 третий угол γ=α+β, получающийся непосредственно из углов α и β.
Предпочтительно, углы α и β выбираются небольшими так, чтобы обеспечивалось возможно более плотное прилегание укупорочного конуса 7 к навинчивающейся крышке. Для этого первый угол α, предпочтительно, выбирается в диапазоне между 8º и 1º, особенно предпочтительно между 5º и 2º. В частности, угол α составляет около 3º. При этом второй угол β располагается в диапазоне между 1º и 5º. В результате для угла γ максимальной величиной становится 13º, а минимальной 3º.
Кроме того, укупорочная головка 1 содержит выравнивающее устройство 21, обеспечивающее определенное относительное положение укупорочного конуса и принятой в выемке 5 навинчивающейся крышки. При этом в случае определенного относительного положения речь идет по меньшей мере о положении поворота укупорочной головки относительно соответствующей навинчивающейся крышки. С помощью выравнивающего устройства 21 должно достигаться то, что при приеме навинчивающейся крышки в выемке 5 зубчики 11 зубчатого профиля 9 входят в промежутки между зубчиками рифления навинчивающейся крышки. Этим предотвращается повреждение рифления навинчивающейся крышки еще в процессе установки или заклинивание навинчивающейся крышки в выемке 5. Процесс установки называется также процессом выбора.
Выравнивающее устройство 21 содержит, предпочтительно, по меньшей мере одну выравнивающую поверхность 23, которая для выравнивания приводится в активный контакт с навинчивающейся крышкой. В частности, выравнивающая поверхность 23 выполнена таким образом, чтобы она взаимодействовала с рифлением навинчивающейся крышки и для этого располагалась на внутренней стороне выемки 9. При этом выравнивающая поверхность 23 может располагаться в области укупорочного конуса 7 или же в области между укупорочным конусом 7 и отверстием 19 выемки 5. Предпочтительным образом укупорочный конус 7, соответственно, зубчатый профиль 9 по существу непосредственно примыкают к выравнивающей поверхности 23. Таким образом, навинчивающаяся крышка позиционируется, прежде чем войти в активный контакт с зубчатым профилем 9.
В одном из не показанных вариантов выполнения выравнивающая поверхность 23 предусмотрена по меньшей мере на одном зубчике 11 зубчатого профиля 9. Тем самым, с одной стороны, выравнивающая поверхность 23 находится в области укупорочного конуса 7, соответственно, зубчатого профиля 9, а с другой стороны, образуется самим зубчатым профилем 9. В этом случае выравнивающая поверхность 23 может отличаться, например, тем, что на одном обращенном к отверстию конце соответствующего зубчика 11 она имеет в направлении отверстия 19 клинообразное центрирующее острие.
В порядке альтернативы этому, выравнивающая поверхность 23, как показано на фиг.1, предусмотрена на пиковом элементе 25. При этом выравнивающая поверхность 23 может быть отформована, как описано выше. Пиковый элемент 25, предпочтительно, установлен в укупорочном конусе 7 с возможностью перемещения. Для этого укупорочный конус 7 имеет по меньшей мере один боковой вырез, заканчивающийся в выемке 5. Другими словами, выемка 5 имеет в своей боковой поверхности вырез 27, в котором пиковый элемент 25 установлен с возможностью перемещения. Предпочтительно, пиковый элемент 25 может перемещаться относительно центральной оси 3 по меньшей мере по существу радиально. Для обеспечения взаимодействия с навинчивающейся крышкой пиковый элемент 25 предварительно нагружен в укупорочном конусе 7, соответственно, в вырезах 27, для чего предусмотрен по меньшей мере один здесь не показанный пружинный элемент. Пружинный элемент оказывает на пиковый элемент 25 усилие, направленное на выемку 5, соответственно, на навинчивающуюся крышку, находящуюся в выемке 5. Возможность перемещения пикового элемента 25 под действием предварительного натяжения и тем самым выравнивающей поверхности 23, с одной стороны, обеспечивает выравнивание навинчивающейся крышки относительно укупорочной головки, а, с другой стороны, препятствует повреждению навинчивающейся крышки, если она устанавливается в выемке 5 в положении поворота, неудобном для выравнивания. Подобная ситуация может возникнуть, например, вследствие того, что выравнивающая поверхность 23 натыкается прямо на зубчик рифления. В этом случае пиковый элемент 25 может быть оттеснен в укупорочную головку 1, а после легкого поворота укупорочной головки и/или навинчивающейся крышки попасть в промежуток между зубчиками рифления навинчивающейся крышки.
В случае пружинного элемента речь, предпочтительно, идет об упруго деформируемом элементе, образованном, особенно предпочтительно, из простой винтовой пружины или же из кольцевой или плоской пружины, или из круглого кольца, проходящих, соответственно, по всей окружности укупорочной головки. При этом плоская пружина может предварительно нагружать также другие пиковые элементы выпрямляющего устройства, соответствующие пиковому элементу, которые могут быть распределены по окружности укупорочной головки. При этом один или несколько пиковых элементов могут также служить для центровки навинчивающейся крышки в выемке 5, соответственно, в укупорочном конусе 7.
Кроме того, на фиг.1 видно, что предусмотрен упор 29, образующий конец выемки 5, обращенный от отверстия 19. Он ограничивает проникновение навинчивающейся крышки в укупорочный конус 7. Он, в частности, препятствует тому, чтобы навинчивающаяся крышка вдвигалась в укупорочный конус 7, или в выемку 5, настолько, чтобы ее заклинивало и/или чтобы зубчатый профиль 9 упирался в область навинчивающейся крышки, где рифление не предусмотрено, вследствие чего эта область, например гарантийное кольцо навинчивающейся крышки, могла бы получить повреждение. Кроме того, упор 29 препятствует опрокидыванию (перекосу) или раскачиванию навинчивающейся крышки в укупорочном конусе 7. При этом упор 29 может быть выполнен, например, в виде замкнутой донной поверхности выемки 5, причем выемка 5 в этом случае имеет по существу горшкообразное поперечное сечение.
В показанном на фиг.1 варианте выполнения предпочтительной укупорочной головки 1 упор 29 выполнен кольцеобразным так, чтобы навинчивающаяся крышка, вставленная в выемку 5, соответственно, укупорочный конус 7, контактировала с упором 29 своей замкнутой торцовой стороной лишь в отдельных областях, а именно, кольцеобразно. При этом упор кольцеобразно проходит по всей окружности выемки 9 так, чтобы для навинчивающейся крышки создавалась плоская опора. Альтернативно этому, упор 29 мог бы быть образован несколькими выступами, в частности, равномерно распределенными по окружности.
В варианте выполнения, изображенном на фиг.1, упор 29 выполнен в виде стационарного упора 29 относительно укупорочной головки 1. Однако возможен также альтернативный вариант выполнения, в котором упор 29 расположен с возможностью осевого перемещения в направлении центральной оси 3. Благодаря этому упор 29 может не только подстраиваться под разные высоты навинчивающихся крышек и использоваться для ограничения проникновения навинчивающейся крышки в укупорочный конус 7, но и использоваться для удаления навинчивающейся крышки из укупорочного конуса 7, соответственно, выемки 5. При этом подвижный упор функционирует в качестве выталкивателя, соответственно плунжера, причем для этого на укупорочной головке 1 целесообразным образом может быть предусмотрен по меньшей мере один исполнительный орган, который для выталкивания навинчивающейся крышки находится в кинематической связи с подвижным упором.
Ниже со ссылкой на изображенные на фиг.1 и 2 примеры выполнения с разными навинчивающимися крышками одного семейства навинчивающихся крышек поясняется функция укупорочной головки 1. Укупорочная головка, изображенная на фиг.2, соответствует укупорочной головке, изображенной на фиг.1, так что уже известные элементы обозначены теми же позициями, и в этом смысле делается ссылка на вышеприведенное описание.
На фиг.1 и 2 изображены, соответственно, навинчивающиеся крышки 31 (фиг.1) и 33 (фиг.2), принадлежащие одному семейству навинчивающихся крышек. У навинчивающихся крышек 31, 33 этого семейства навинчивающихся крышек общим является то, что они на своей наружной боковой поверхности 37 имеют рифление 39 с одинаковым количеством зубчиков 41 и 43. Однако в то время как зубчики 41 навинчивающейся крышки 31, если смотреть в направлении их продольной протяженности, имеют по существу одинаковую высоту, высота зубчиков 43 навинчивающейся крышки 33 убывает в направлении замкнутой торцовой стороны навинчивающейся крышки 33. На фиг.2 зубчики 43 во введенном в укупорочный конус 7 состоянии имеют для этого в области конуса 7 по меньшей мере по существу клинообразное продольное сечение.
Кроме того, радиус окружности впадин между зубчиками 43 по существу соответствует радиусу окружности вершин зубчиков 11 зубчатого профиля 9 укупорочной головки 1. В то же время радиус окружности впадин между зубчиками 41 навинчивающейся крышки 31 выполнен меньшим. В обоих случаях радиусы окружностей вершин зубчиков 41 и 11 или 43 и 11 перекрываются друг с другом. Важно, чтобы максимальный радиус окружности впадин между зубчиками 11 был больше максимального радиуса окружности вершин выступов рифления 39, чтобы последнее не получало повреждений, по крайней мере видимых. При этом максимальный диаметр окружности впадин между зубчиками предпочтительным образом выбирается в зависимости от материала навинчиваемой навинчивающейся крышки одного семейства с учетом различия характеристик растяжения навинчивающихся крышек при навинчивании.
Для навинчивания укупорочная головка 1 устанавливается на навинчивающуюся крышку 31 или 33, или навинчивающаяся крышка 31 или 33 устанавливается в укупорочную головку 1. При этом вначале посредством выравнивающего устройства 21, как описано выше, устанавливается положение поворота соответствующей навинчивающейся крышки 31, 33 относительно укупорочной головки 1. При дальнейшем вводе соответствующей навинчивающейся крышки 31, 33 в выемку 5 в активный контакт входят соответствующее рифление 39 и зубчатый профиль 9. Соответствующая навинчивающаяся крышка 31, 33 вдвигается до упора 29.
В то время как на фиг.1 и 2 изображена одна и та же укупорочная головка 1, навинчивающиеся крышки 31, 33 различаются размерами. При меньшей навинчивающейся крышке 31 речь идет о наименьшей (минимальной) навинчивающейся крышке, а при большей навинчивающейся крышке 33 - о наибольшей (максимальной) навинчивающейся крышке этого семейства, благодаря чему, как видно на фиг.1 и 2, вершины зубчиков 11 прилегают к радиусу окружности впадин между зубчиками навинчивающейся крышки 33, в то время как вершины зубчиков 43 дистанцируются относительно радиуса окружности впадин между зубчиками 11. Тем самым вершины зубчиков рифления 39 защищены от повреждения. В то же время зубчики 41 навинчивающейся крышки 31 перекрываются с зубчиками 11 укупорочного конуса 7 только в небольшой области. Через контактные поверхности, возникающие при этом по касательной, вращающий момент может надежно передаваться с укупорочной головки 1 на навинчивающуюся крышку 31 или 33.
Благодаря предпочтительному выбору угла при β>0° возможны ввод и завинчивание навинчивающихся крышек 31, 33 этого семейства навинчивающихся крышек без опасения заклинивания соответствующей навинчивающейся крышки 31, 33. Благодаря предпочтительному выбору угла α=3° и, в частности, угла β=5°, во время навинчивания обеспечивается большее расширение навинчивающихся крышек 31, 33 вблизи отверстия при отсутствии контактирования вершин рифлений 39 со впадинами между зубчиками зубчатого профиля 9, так что заклинивание при навинчивании, несмотря на разные характеристики растяжения, предотвращается.
Таким образом, укупорочная головка 1 может быть использована для нескольких разных навинчивающихся крышек одного семейства навинчивающихся крышек. Это явно упрощает автоматическое/машинное навинчивание навинчивающихся крышек на емкости, в частности на бутылки. Кроме того, благодаря предотвращению повреждения рифления с помощью укупорочной головки 1 удается также завинчивать навинчивающиеся крышки, для которых, как, например, в случае крышек косметических изделий, имеет значение визуальное впечатление.