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Verfahren und Vorrichtungen zum Füllen und Verschliessen von elastisch verformbaren Behältern
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Nach der auf diese Weise durchgeführten Verdrängung wird die Zusammendrückung des Behälters, insbesondere der Flasche, wieder aufgehoben, so dass sich der Behälter in seine ursprüngliche Form zurückbewegt und sich nunmehr infolge der inzwischen vorgenommenen dichten Verschliessung eine Luftleere oder ein Vakuum zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und dem dichten Verschluss ergibt. Bei
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aufgefüllt werden, die in der Flüssigkeit bei atmosphärischem Druck gelöst werden. Die Lösungsmöglichkeit von Luft in Wasser ist bkeanntermassen wesentlich geringer als die Lösungsmöglichkeit von Kohlendioxyd in Wasser. Es ergibt sich auf diese Weise oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem dicht verschlossenen Behälter ein Leerraum, der nur noch in äusserst geringen Mengen Luft bzw.
Sauerstoff enthält, so dass die schädlichen Einwirkungen des Sauerstoffes auf die Flüssigkeit auf ein Mindestmass herabgesetzt sind.
Nach Durchführung des bekannten Verfahrens weist der Behälter aber einen Leerraum auf, so dass selbst dann, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient des Behälters wesentlich kleiner ist als derjenige der Flüssigkeit und der Behälter nach Durchführung des Verfahrens erwärmt wird (sei es beispielsweise zum Zwecke einer Pasteurisierung, sei es auch mehr oder weniger zufällig durch Lagerung in warmen oder der Sonnenbestrahlung ausgesetzten Räumen), die Gefahr des Platzens oder auch einer insbesondere nicht erwünschten Verformung des Behälters nicht vorliegt.
Besonderen Vorteil bietet das Verfahren beim Abfüllen von CO-haltigen Flüssigkeiten. Bei ihnen füllt sich das Vakuum mit Kohlensäuredämpfen derjenigen Kohlensäure, die in der Flüssigkeit gelöst ist, u. zw. entsprechend dem Partialdruck der Kohlensäure bei der jeweils herrschenden Temperatur. Diese günstigen Wirkungen werden nach der Erfindung auf effektvollere Weise dadurch erzielt, dass der Behälter vor dem Verschliessen in axialer Richtung zusammengequetscht wird.
Auf besonders vorteilhafte Weise wird das Verfahren nach der Erfindung in der Form ausgeführt, dass die Axialkräfte auf den Behälter über einem Verschluss ausgeübt werden, wobei während des Zusammendrückens vorerst noch kein dichter Abschluss der Behälteröffnung hervorgerufen wird, so dass die Luft aus dem Behälter entweichen kann, und der dichte Verschluss erst dann bewerkstelligt wird, wenn der Behälter zu einer Endstellung zusammengedrückt ist, in der die auf den Verschluss übertragene Kraft so weit angewachsen ist, dass der eigentliche Verschliessvorgang stattfindet.
Zum Verschliessen von Behältern, insbesondere Flaschen, die aus elastischem Werkstoff hergestellt sind, werden Kronenkorke mit Dichtungseinlagen aus Kork oder Polyäthylen oder mit Kunststoff-Ausspritzmasse eingesetzt. Ebenso ist hiefür die Verwendung von Schraubenverschlüssen oder von Aluminium-Abreissverschlüssen mit entsprechenden Dichtungeinlagen bekannt. Schliesslich werden noch Stopfen aus Kork oder Polyäthylen verwendet.
Die Grösse der Verschliesskräfte ist je nach Verschlussart sehr unterschiedlich, reicht aber normalerweise aus, um die elastische Flasche bis zu einem gewissen Grade zusammenzudrücken. Eine Ausbildung von Flaschen in Kugelzonenform, z. B. nach der deutschen Patentschrift Nr. 1071519, ist für den Effekt des Zusammendrückens der Flasche besonders günstig, da sich hier unter axialer Belastung ein einwandfreier Federweg in Richtung der Längsachse der Flasche, ähnlich wie bei einem Federbalg, ergibt.
Da die zum Verschliessen erforderlichen Kräfte durch die Verschliessvorrichtung senkrecht auf den Verschluss wirken, ist die Dichtungseinlage des Verschlusses während des Zusammendrückens der Flasche schon in Funktion, so dass sich im Flascheninneren ein Überdruck bilden würde. Bei einer Ausführungsform der Erfindung daher weist die Dichtungseinlage des Verschlusses eine zunächst absichtlich unebene Dichtfläche auf, die nach Berührung mit dem Behälterrand in Zusammenhang mit diesem Kanäle bildet, durch die Luft aus dem Flascheninneren nach aussen entweichen kann.
Bei einem andern Verschluss zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind im formbeständigen Teil des Verschlusses Verengungen eingepresst, die während des Verschliessvorgangeb zunächst ein Anliegen der Dichtungseinlage auf dem Behälterrand verhindern, so dass Luft entweichen kann, und die bei Erreichen eines Kraftmaximums auseinanderspreizen und über den oberen Flaschenhalswulst gleiten, so dass dann der eigentliche Verschliessvorgang beginnt.
Aber auch Plastikverschlüsse sind zur Ausführung des Verfahrens geeignet, wie sich aus den nachfolgenden Ausführungen im einzelnen ergibt.
Auf besonders vorteilhafte Weise wird das erfindungsgemässe Verfahren mit Hilfe eines Kronenkorkes ausgeführt, der auf übliche Weise ausgebildet sein kann. Die im Zusammenhang mit der Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens erforderlichen Abänderungen beschränken sich hiebei auf die Ausbildung und die Arbeitsweise des Verschliesselemcntes des Kronenkorkes. Bei den bekannten
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während des Zusammendrückens nicht ausreicht, die Oberfläche glattzupressen. Erst wenn die Flasche so weit zusammengedrückt ist, dass die Flüssigkeit bis zu den feinen Kanälen --23-- der
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Abdichtung erfolgt.
Der Anstieg der Reaktionskraft ist verursacht durch die Erhöhung der Federkraft in Abhängigkeit vom Federweg der Flasche und wird eventuell noch schlagartig vergrössert durch einen plötzlichen Aufbau von Überdruck in der Flasche, wenn die Flüssigkeit bis zu den Kanälen in der Dichtungsmasse gestiegen ist und sich damit der Strömungswiderstand gegenüber dem Durchströmen der verdrängten Luft vervielfacht.
Der sich aufbauende Überdruck in der Flasche stützt die Flaschenwand ab und setzt damit einem weiteren Zusammendrücken der Flasche erheblichen Widerstand entgegen. Hat jedoch erst eine geringe Verformung der Dichtungsmasse begonnen, so ist der weitere Anstieg der Reaktionskraft stark progressiv, da damit der Strömungswiderstand in den kleiner werdenden Kanälen schnell ansteigt und wieder eine weitere Erhöhung des überdruckes in der Flasche hervorruft. Nach dem vollständigen Abdichten der Dichtungsmasse--4--erfolgt bei dem in Fig. 5 beispielsweise dargestellten Kronenkork
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Eine weitere Möglichkeit eines erfindungsgemäss ausgebildeten Kronenkorkes zeigt Fig. 6. Ein Kronenkork --28-- ist in bekannter Weise vorgepresst und mit den normalen Zacken-5- versehen. Damit zwischen der Dichtungseinlage --29-- üblicher Art und dem Flaschenrand-24ein Spalt zum Herausströmen der Luft beim Zusammendrücken der Flasche bleibt, sind jedoch an mehreren Stellen des Kronenkorkes --28-- Verengungen --6-- eingepresst. Die Anzahl dieser Verengungen ist so gewählt, dass ihre Steifigkeit während des Zusammendrückens ausreicht, um eine Berührung zwischen der Dichtungseinlage --29-- und dem Flaschenrand --24-- zu verhindern, so dass die Luft entweichen kann.
Erst auf den letzten Millimetern des Federweges der Flasche wird die
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Verschliessen in bekannter Weise erfolgen kann. Im extremen Fall kann auch jede Zacke-5--des Kronenkorkes --28-- zu einem Teil als Verengung --6-- ausgebildet sein.
In Fällen, in denen die Steifigkeit der Verengungen zur Erzielung des maximalen Federweges der Flasche zu gering ist, wird eine Einrichtung nach Fig. 7 verwendet. Die normale Verschliessmaschine wird mit speziellen Verschliessköpfen ausgerüstet. Das Zusammendrücken der Flasche erfolgt mit einem Stützring--7--, der so geformt ist, dass die Verengungen --6-- nicht auseinanderspreizen können.
Erst bei Erreichen der Endstellung der zusammengedrückten Flasche wir ; der weitere Druck auf den Kronenkork entweder wegabhängig oder kraftabhängig gesteuert, zunächst vom Stempel--8- übernommen. Hiedurch tritt der Stützring--7--ausser Aktion, die Verengungen --6-- spreizen auseinander und die Dichtungseinlage --29-- kommt zur Anlage auf dem Flaschenrand-24-. In weiterem Verlauf der Abwärtsbewegung des Verschliesskopfes wird durch den Bördelring --9-- in bekannter Weise die Bördelung des Kronenkorkes vollzogen.
Fig. 8 zeigt einen erfindungsgemäss ausgebildeten Plastikverschluss. Im verschlossenen Zustand dichtet die zylindrische Sitzfläche--11--eines Stopfens--30-, der zwecks Einführung in die Öffnung des Flaschenhalses--27--mit einem konischen Kopf --31-- versehen ist. Der Verschluss hat Kanäle, durch die während des Zusammendrückens der Flasche die Luft entweichen kann. Im konischen Kopf--31--des Stopfens-30--können weitere Kanäle dieses Entweichen der Luft noch unterstützen. Erst bei Erreichen einer bestimmten Reaktionskraft der Flasche dehnt sich der äussere Mantel des Plastikverschlusses elastisch so weit, dass der wulstförmige Innenkragen --15-- über den oberen Flaschenhalswulst --26-- gleitet.
Damit wird die Dichtfläche --11-- in die Öffnung des Flaschenhalses --27-- eingeführt. Der Kragen --15-- federt nach dem Übcrgleiten über den oberen flaschenhalswulst --26-- wieder zusammen und hält jetzt auch gegen inneren Überdruck, z. B. bei kohlensäurehaltigen Getränken, den Verschluss in bekannter Weise geschlossen. Der Verschliessvorgang kann durch Überströmkanäle --14-- oder Schlitze im unteren, konischen Teil des Stopfens erleichtert werden. Ebenso kann der Dichtungseffekt des Stopfens durch bekannte, horizontal verlaufende Rillen oder Erhebungen, wie bei--34--angedeutet, ähnlich denen eines Plastik-Sektkorkes erhöht werden.
Alle bekannten Zmatzeinrichtungen, wie Abreissringe zur Originalitätssicherung oder Laschen zum leichteren Öffnen des Verschlusses, können angebracht werden. Falls die Steifigkeit des Kragens - nicht ausreicht, die zum Zusammendrücken der elastischen Flasche erforderlichen Kräfte zu
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übertragen, kann eine ringförmige oder anders geartete Vorrichtung ähnlich dem vorher beim Kronenkork in Fig. 7 beschriebenen Stützring --7-- vorgesehen werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bietet eine Einrichtung nach Fig. 9. Die Flasche wird vor dem eigentlichen Verschliessvorgang zwischen dem Flaschenteller-15a-und der geeigneten Stützeinrichtung, z. B. einem Stützring--16--, zusammengepresst, so dass die Luft aus dem Leerraum entweichen kann. Der Verschliessvorgang mit irgendeinem der bekannten Verschlüsse --18-- erfolgt nun, noch während die Flasche zusammengepresst ist, in bekannter Weise durch den Verschliesskopf--17--. Es ist hier auch möglich, durch Verschweissen den Flaschenhals zu verschliessen.
Bei Flaschen, deren Mantel ein Zusammendrücken nicht gestattet, wird gemäss den Fig. 10 und 11 der Flaschenboden mit Hilfe eines Stempels --20-- eingedrÜckt, so dass sich trotz steifer Flaschenwand eine Volumenverminderung und damit ein Herausdrücken der Luft aus dem Leerraum ergibt. Die Gegenkraft wird gemäss Fig. 10 beispielsweise durch eine Klammer--21--aufgenommen, während in Fig. 11 die Kraft durch einen der Verschlüsse --3-- nach den Fig. 4 bis 8 direkt übertragen wird.
Die vorstehende Beschreibung führt als Ausführungsbeispiel nur Flaschen an, in welche Flüssigkeiten abgefüllt wurden. Das Verfahren lässt sich ebenso vorteilhaft auf andere, luftempfindliche Füllgüter anwenden, ebenso auf Gefässe, die nicht als Flaschen anzusprechen sind, wie Konservendosen, Becher usw.
Der Bördelring --9-- des Verschliesskopfes gemäss den Fig. 12 und 13A bis F ist axial verschiebbar in einem nicht gezeigten Verschliesskopfgehäuse gelagert, in dem überdies auf bekannte Weise ein Stempel--8--entgegen der Wirkung einer nicht dargestellten Feder gelagert ist. Ein gemäss Fig. 12 und 13A bis F ausgebildeter Verschliesskopf arbeitet ähnlich der Einrichtung nach Fig. 7, jedoch ohne dass besonders geformte Kronenkorke mit Verengungen verwendet werden müssten. Der Verschliesskopf hat in üblicher Weise einen Stempel --8-- und einen Bördelring --9--, die jedoch abweichend von normalen Verschliessköpfen in bestimmter Reihenfolge relativ zueinander bewegt werden. Die Bewegungsfolge ist in den sechs Phasen A bis F in Fig. 12 dargestellt.
Fig. 13 zeigt die entsprechenden Phasen A bis F in vergrösserter Darstellung mit Flaschenmundstück und Kronenkork.
Die Funktion des vorher an Hand der Fig. 7 beschriebenen Stützringes --7-- wird hier von dem Bördelring --9-- übernommen, so dass dieser beide Funktionen nacheinander, nämlich die des Abstützens der Zacken des Kronenkorkes beim Lufthinausdrängen und die des Umbördelns der Zacken beim endgültigen Verschliessen ausführt.
Phase A zeigt die Ausgangsstellung der Verschliesseinrichtung vor Beginn des Verschliessvorganges.
Die Belastung der Flasche beträgt 0 kg, so dass auch der Verformungsweg einer beispielsweise angenommenen Kugelzonenflasche Omm beträgt. Die Marken--32 und 33--veranschaulichen die Stellung des Stempels--8--relativ zum Bördelring-9--und die des Bördelringes--9--relativ zum Flaschenhals. Die Innenseiten der Zacken-5-des Kronenkorkes-3-ragen noch nicht über den Wulst--26--des Flaschenhalses ; die Dichtungseinlage--4--des Kronenkorkes--3-liegt aber bereits auf dem Flaschenrand --24-- auf.
Der erste Bewegungsschritt des Verschliesskopfes führt den Bördelring--9--abwärts, während der Stempel--8--verharrt, was der Phase B entspricht. Durch den Druck auf die äusseren Spitzen der Zacken --5-- des Kronenkorkes --3-- hat sich dieser bis zum Anschlag an den Stempel --8-- nach oben durchgewölbt. Die Berührungsflächen der Zacken--5--sind dabei auf der sich nach oben verjüngenden Fläche des Flaschenwulstes-26--in geringem Mass relativ zur etwas zusammengedrückten Flasche nach oben und innen gewandert. Bei der oben beispielsweise erwähnten Kugelzonenflasche betragen die Belastung der Flasche in dieser Stellung etwa 20 kg und die Verformung in axialer Richtung l bis 2 mm.
Zwischen Dichtungseinlage--4--des Kronenkorkes - 3-und Flaschenrand-24-- hat sich ein Hohlraum von etwa 1 bis 2 mm gebildet, durch den beim weiteren Zusammendrücken der Flasche Luft entweichen kann. Die Marken-32 und 33-veranschaulichen die gegenüber der Phase A veränderte relative Lage von Stempel--8--, Bördelring --9-- und Flaschenhals--27--.
Der nächste Bewegungsschritt führt Stempel-8--und Bördelring-9-gleichmässig nach unten und bewirkt das eigentliche Hinausdrängen der Luft. In dieser Phase C ist die beispielsweise Flasche etwa 6 mm zusammengedrückt und mit etwa 100 kg belastet. Da die Verformung der Flasche
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Flüssigkeitsspiegels um etwa 9 x 6 = 54 mm. Diese 54 mm reichen vollkommen als Leerraum für den Abfüllvorgang aus.
Die Kraft zum Zusammendrücken der Flasche wird gleichzeitig über Stempel --8-- und Bördelring --9-- auf den Flaschenwulst --26-- übertragen, wobei der Bördelring --9-- verhindert, dass die Zacken --5-- des Kronenkorkes --3-- auseinandersprizen und damit
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unverändert, da keine Relativbewegung von Stempel --8--, Bördelring --9-- und Flaschenhals zueinander erfolgte.
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Es folgt nun der eigentliche Bördelvorgang des Kronenkorkes, der zur Phase E führt. Der Stempel --8-- verharrt in seiner Lage, während der Bördelring--9--abwärts bewegt wird und die Zacken - des Kronenkorkes--3--umbiegt, so dass sie sich in bekannter Weise hinter den Wulst --26-- des Flaschenhalswulstes legen und damit eine bleibende Dichtigkeit der Dichtungseinlage --4-- bewirken. Die Marken --32 und 33--zeigen deutliche Veränderung gegenüber Phase D, da sich der Bördelring --9-- relativ zum Stempel --8-- und zum Flaschenhals bewegt hat.
Damit ist der Verschliessvorgang beendet. Bei Entlastung der Flasche federt diese zurück, und der sich hiebei wieder bildende Leerraum über dem Flüssigkeitsspiegel ist luftleer. Die Bewegung des
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--9--gleitet. Phase F zeigt den Verschliesskopf wieder in Ausgangsstellung. Die Flasche ist verschlossen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Abfüllen von gegen Sauerstoff bzw. Luft empfindlichen Flüssigkeiten in elastisch verformbare Behälter, bei welchem der Behälter nach dem Füllen und vor dem Verschliessen so stark zusammengedrückt wird, dass die in seinem Leerraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels vorhandene Luft verdrängt wird und erst danach der Behälter dicht verschlossen wird, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass der Behälter in axialer Richtung zusammengequetscht wird.
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