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Verfahren zum Aufbringen einer Verschlussmembrane auf einen Behälter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen einer Verschlussmembrane auf einen Behälter, wobei die Membrane unter Druck auf die Behältermündung aufgesetzt und mit dieser durch Heisssiegelung verbunden wird.
Bestimmte Produkte wie Milchpulver, Pulverkaffee u. dgl. werden in Behältern aufbewahrt, die mit einer Membrane verschlossen sind, die sowohl den Zutritt von Feuchtigkeit und Gasen als auch eine Verfälschung des Inhaltes verhindert. Die übliche Methode, diese Verschlüsse herzustellen, besteht darin, eine Verschlusskappe mit wachsdurchtränkter Pappe auszulegen, an der eine durchsichtige Membrane durch leichte Heisssiegelung befestigt ist. Vor dem Aufsetzen dieser Kappe wird der öffnungsrand des Behälters unter Vorbeiführung an mit einem Kleber bestrichenen Rollen mit diesem Kleber versehen.
Die Kappen werden dann aufgesetzt, worauf nach einem gewissen Zeitraum, in dem der Kleber härten konnte, die Kappe wieder abgenommen wird, wobei die Membrane sich von der Pappe löst und am Behälterrand haften bleibt. Bei Verschliessen eines Metallbehälter mit einer Metallmembrane kann diese an Ort und Stelle noch angepresst werden.
Es ist natürlich von grosser Wichtigkeit, dass die Membrane nach Entfernen der Kappe unzerstört bleibt. Das Befestigen der Membrane mit einem Kleber hat oft den Mangel, dass dieser Kleber lange zum Trocknen braucht und dabei der Behälterinhalt durch Wasserdampfaufnahme verdorben wird.
Auch eine Kontrolle des Verschlusses am Ende des Verschlussvorganges ist schwierig.
Bis zu einem gewissen Grade konnten verschiedene Mängel dadurch beseitigt werden, dass eine mit einer leichten Kleberschicht versehene Membrane zunächst ganz leicht an die Behälteröffnung angedrückt, sodann ein erwärmter Stempel angesetzt und schliesslich noch ein nachgiebig gelagerter Pressstempel angewendet wird. Diese Methode hat den Nachteil, dass sie in drei Schritten mit drei verschiedenen Werkzeugen ausgeführt werden muss, wodurch der Wirkungsgrad der Produktion herabgesetzt wird, und dass nicht immer ein verlässlicher Verschluss erreicht werden kann, weil die Wärme nicht gleichzeitig mit dem Pressstempel angewendet werden kann.
Bei Metallbehälter hat das Aufbringen von Metallmembranen ebenfalls Nachteile, z. B. beim Füllen, und ein dichter Sitz ist schwer zu erreichen.
Man hat nun auch versucht, Behälter aus thermoplastischem Material mit einer Membrane aus thermoplastischem Material zu verschmelzen, wobei eine Induktionsheizung angewendet wurde. Mit dieser Methode ist aber der Nachteil verbunden, dass beim öffnen des Behälters dessen Offnungsrand zerstört wird, so dass ein neuerliches Verschliessen oder eine Wiederverwendung des Behälters meist nicht möglich ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufbringen einer Verschlussmembrane auf einen Behälter, wobei Behälter und bzw. oder Membrane metallisch sein können und der Verschluss sicher gasdicht ist ; dieses Verfahren ist in einem einzigen Arbeitsgang ausführbar, wobei zugleich eine Verschlusskappe aufgesetzt werden kann. Die Membrane selbst ist dabei rasch und ohne Zerstörung des Behälters abnehmbar.
Gemäss der Erfindung ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass man eine metallische Membrane und bzw. oder einen metallischen Behälter verwendet, wobei auf einen der Teile eine Schichte aus thermoplastischem Material aufgebracht ist, deren Erweichungspunkt niedriger ist als der
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Erweichungspunkt von Behälter und Membrane, und dass während oder nach dem Aufsetzen der
Membrane auf die Behältermündung das Metall zumindest an der Berührungszone mittels eines
Hochfrequenz-Induktionsstromes auf eine Temperatur gebracht wird, die nur die thermoplastische
Schichte erweicht, so dass durch die Druckausübung weder die Membrane, noch der Behälter deformiert wird.
Vorzugsweise wird so verfahren, dass zur Druckausübung eine in an sich bekannter Weise mit einer
Zwischenlage aus nachgiebigem Material versehene, nichtmetallische Kappe auf den Behälter aufgeschraubt wird und darnach die Erhitzung erfolgt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung liegt darin, dass eine Reihe von Behältern unter der Hochfrequenzinduktionsspule vorbeigeführt wird.
Gegenüber bekannten Verfahren schafft die Induktionsheizung gemäss der Erfindung die
Möglichkeit der Hitzeanwendung unmittelbar an der Berührungszone, also dort, wo sie erforderlich ist, wobei Schraubkappe und Zwischenlage an Ort und Stelle sein können.
Die so angesiegelten Membranen sind leicht wieder entfernbar, ohne dass der Behälter oder dessen Äusseres zerstört wird. Dies erfordert eine genaue Wärmedosierung, damit das thermoplastische Material nur weich gemacht wird, ohne dass sonst am Behälter Schäden auftreten. Diese genaue Dosierung der
Wärmemenge war bei bekannten Verfahren mit Wärmeübertragung nicht erzielbar, da dort mehr Massen als unbedingt notwendig erhitzt werden müssen, wobei zusätzlich Wärmeverluste durch die übertragung auftreten.
Das erfindungsgemässe Wärmeinduktionsverfahren ist auch wesentlich rascher in der Ausführung als bekannte Wärmeübertragungsverfahren, bei denen die Arbeitsgeschwindigkeit auch bei einem hin- und hergehenden Arbeitskopf begrenzt ist. Hingegen ist bei kontinuierlicher Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens überhaupt keine derartige Beschränkung vorhanden.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können metallische oder nichtmetallische Membranen auf metallische oder nichtmetallische Behälter aufgesetzt werden, vorausgesetzt, dass einer der beiden Teile metallisch ist. Beispielsweise kann mit dem erfindungsgemässen Verfahren eine metallische Membrane sowohl auf einen metallischen, als auch auf einen gläsernen, keramischen oder Kunststoffbehälter aufgesetzt werden. üblicherweise sind Membraneverschlüsse an Behältern zusätzlich noch mit einer Verschlusskappe versehen. Diese Kappen können auch mit einer wachsgetränkten Pappeeinlage oder mit einer Korkplatte ausgestattet sein. Grundsätzlich kommen zwei Kappentypen in Frage, nämlich die Schraubkappe und die Schnappkappe. Erstere besitzt ein Schraubgewinde, dem ein Gewinde am Behälter entspricht, wobei diese Gewinde auch aus einzelnen Teilgewinden gebildet sein können.
Schraubkappen können aus Metall oder formbaren Kunststoffen, wie Urea-Formaldehydharzen, Polyesterene, feste Polythene oder Polypropylene, bestehen. Schnappkappen sind meist aus Metall gefertigt, können aber auch aus flexiblem Kunststoff oder Papier gefertigt sein.
Bei Verwendung einer Schraubkappe kann diese mit einer die Membrane tragenden nachgiebigen Einlage versehen sein. Die Kappe wird dann auf den Behälter aufgeschraubt und dabei der für das Anbringen der Membrane erforderliche Klebedruck erzeugt, wobei die Membrane durch Hochfrequenzinduktion erwärmt wird. Einlage und Membrane können als ein Stück vorgefertigt werden.
Beispielsweise kann eine Korkplatte mit einer Metallfolie kaschiert und daraus die Kappeneinlagen ausgestanzt werden. Wichtig ist aber, dass die Haftung zwischen Folie und Einlagematerial geringer ist als die Haftung zwischen Membrane und Behälter, damit sich beim Aufschrauben der Kappe die Membrane von der Einlage löst und die Kappe später als neuerlicher Verschluss verwendbar bleibt. Bei Verwendung einer nicht nachgiebigen Einlage empfiehlt es sich, zwischen der Membrane und der Einlage noch eine Papierschicht vorzusehen, damit die Membrane mit Sicherheit nicht haften bleibt
Bei Verwendung einer Schnappkappe können Kappe, Einlage und Membrane ebenfalls gleichzeitig auf dem Behälter angebracht werden.
Die Membrane kann metallisch oder nichtmetallisch sein. Am besten eignen sich Aluminium oder Zinnfolien. Auch eine Legierung aus Zinn und Antimon bewährt sich. Vor der Materialwahl sollte allerdings ihre Wirkung auf den Behälterinhalt geprüft werden. Das Material der Membrane muss gegenüber dem Behälterinhalt inert sein. Die Membranedicke soll möglichst gering sein und die Membrane frei von Einschlüssen. Normalerweise kann die Dicke zwischen 0, 025 und 0, 05 mm liegen.
Nichtmetallische Membranen können unter anderem aus Papier, Pergamin, Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchloriden, Styrol-Copolymeren, Zelluloseacetaten, Polycarbonaten und Phenoxyharzen, bestehen.
Wird keine Kappe verwendet, genügt als Verschluss auch die Membrane allein, welche dabei scheibenförmig sein kann und den Behälterrand übergreift.
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moplastische Schichte kann aus Vinylitharzen, natürlichen oder künstlichen Wachsen oder mikrokristallinen Wachsmischungen bestehen. Es sind aber auch Polyäthylen, Polypropylene oder jene handelsüblichen Stoffe verwendbar, die im wesentlichen aus Mischungen von plastischen Materialien und Harzen bestehen. Das Schichtmaterial kann die ganze Unterseite der Membrane bedecken oder aber auch nur einen ringförmigen Randbereich. Ersteres ist vorzuziehen, wenn die Membranen aus einer bereits mit dem Schichtmaterial bedeckten Folie ausgestanzt werden.
Für Behälter aus Kunststoff eignen sich bei Anwendung der Erfindung folgende Materialien :
Polyäthylen, Polyvinylchloride, Polystyrole, Styrol-Copolymere, wie z. B. Acrylnitrilbutadienstyrol
Copolymere, dann Polypropylene, Zelluloseacetate, Polycarbonate und Phenoxy-Harze, wie hochmolekulargewichtige Polyhydroäther.
Da die Dichtflächen von Behältern im allgemeinen glatt und gleichmässig genug sind, um über ihren ganzen Umfang die Haftfähigkeit zu sichern, genügt zum Aufbringen des Dichtdruckes auf die Membrane, die Kappe und gegebenenfalls die Einlage ein Gerät mit einem nachgiebigen Druckkissen.
Dieses kann z. B. ein an den Behälteröffnungsrand angepasster Ring sein. Dieses Werkzeug wird aus elektrisch isolierendem Material gefertigt und mit der Quelle für die Hochfrequenzheizung ausgestattet Diese wird von wenigstens einer das Werkzeug umschliessenden Spule gebildet, die auch mit Wasser gekühlt sein kann. Wenn der Klebedruck von der Schraubkappe geliefert wird, ist eine getrennte Druckquelle nicht erforderlich. Der Pressdruck, der bei einem sicheren Arbeiten notwendig ist, wird dabei von der nachgiebigen Einlage der Kappe ausgeübt.
Als Material für das Gerät können im Handel bekannte Isoliermaterialien, z. B. mit Gewebe- oder Papiereinlagen verstärkte Phenoplaste, verwendet werden. Das nachgiebige Kissen kann aus beliebigem Isoliermaterial hergestellt werden, so z. B. aus natürlichem und künstlichem Gummi, Polyurethanen u. a. plastischen Materialien, natürlichem und zusammengesetztem Kork.
Die Erfindung wird nun an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt im Aufriss den Teilschnitt durch ein Gerät zum gleichzeitigen Aufbringen einer Membrane, einer Pappeeinlage und eines Verschlusses auf eine Behälteröffnung.
In der Zeichnung ist mit --1-- der Hals einer Glasflasche bezeichnet, die mit einer Dichtmembrane--2--aus an ihrer Unterseite mit einem thermoplastischen Kleber--3--bedeckter Aluminiumfolie, einer Pappeplatte-4--und einer Schnappkappe --5-- zu verschliessen ist.
Das in der Vertikalen hin- und hergehend verstellbare Presswerkzeug --6-- besteht aus einem Aufnahmestück - -7-- aus Isoliermaterial, einem Gummiring--8--, einer wassergekühlten, mit Hochfrequenzstrom gespeisten, das Aufnahmestück umgebenden Heizspule--9--und einem Druckluftzylinder--10-mit Manometer
Bei Handhabung des Gerätes werden die Membrane-2-, die Pappeplatte-4-und die Kappe--5--mittels des Presswerkzeuges --6-- gegen die Behälteröffnung gedrückt und dabei der Heizstrom eingeschaltet. Die Aluminiumfolie wird durch den hochfrequenten Induktionsstrom aufgeheizt, wodurch der thermoplastische Kleber erweicht und zum Haften gebracht wird.
Die Heizdauer ist für gewöhnlich sehr kurz, meist weniger als 1 sec. Eine Frequenz von 20MHz und ein HF-Sender von 1, 5 kW wurde als ausreichend befunden.
Die vorbeschriebene Arbeitsweise kann auch mit einem von Hand betriebenen Gerät ausgeführt werden ; die beschriebene Anordnung kann aber auch in vollautomatische Verschliessmaschinen eingebaut sein. In diesem Falle können gleichzeitig mehrere Geräte der beschriebenen Art gleichzeitig oder eines in Verbindung mit einem intermittierend rotierenden Arbeitstisch verwendet werden. Wenn Behälter mit Schraubkappen aus plastischem Material versehen werden sollen, kann zuerst die Membrane mit der Kappe aufgesetzt und dann der Behälter mittels einer Fördereinrichtung an einer dauernd eingeschalteten Hochfrequenzheizung vorbeigeführt werden. Auf letztgenannte Weise können sehr grosse Stückzahlen rasch verarbeitet werden.
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