AT347346B - Verfahren und vorrichtung zur ausbildung einer dauerhaften, hermetischen schweissnaht zwischen den kunststoffschichten eines kunststoff-metall-schichtkoerpers - Google Patents

Description

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 insbesondere zum Verschliessen grossvolumiger Konservenbehältnisse aus mit Polypropylen beschichteten   Leichtmetallbehälterteilen   unter Beaufschlagen von Druck und Wärme auf die zu verschweissenden Flächen. 



   Auf dem Gebiet der Konservierung von Lebensmitteln durch Hitzesterilisation in Metallbehältnissen setzt sich mehr und mehr die Verwendung von sogenannten Leichtbehältern, insbesondere die Verwendung von relativ grossen Behältern mit einem Fassungsvermögen von über 1000 ml durch. Derartige Leichtbehälter bestehen aus einer   Leiehtmetallfolie,   die mit einem heisssiegelfähigen Kunststoff beschichtet ist. Das hermetische Verschliessen derartiger Behälter erfolgt durch Verbindungen des Deckelrandes mit dem Schalenrand durch Temperatur- und Druckeinwirkung über eine gewisse Zeitspanne, wodurch die beiden Kunststoffschichten miteinander homogen verbunden werden. 



   Bei derartigen Heisssiegelungen ist es erforderlich, eine relativ grosse Fläche zu verschliessen, die aber oft durch den Füllvorgang mit dem zu konservierenden Gut verschmutzt ist und wegen des Arbeitstaktes beim Abfüllen vom Bedienungspersonal nur grob durch Abwischen gesäubert werden kann, so dass zumindest noch Feuchtigkeit auf den heiss zu siegelnden hydrophoben Flächen vorliegt. Dann wird der Deckel aufgelegt und es folgt sofort der Siegelvorgang. Die einzelnen Füllvorgänge müssen relativ schnell erfolgen. 



   Alle Versuche unter den geschilderten Bedingungen eine einwandfreie Siegelung zu erreichen, sind bisher fehlgeschlagen, da selbst kleinste verbleibende Speisereste und Reste von Feuchtigkeit dazu 
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 des Wassers ein Haarriss gebildet hat, verdirbt der Inhalt unweigerlich. Dies dauert zwar längere Zeit, bis zu etwa zwei Wochen, aber dann liegt eine entsprechende   Ausschussproduktion   vor. Das genannte Problem schien einfach nicht überwindbar. 



   Wie gefunden wurde, ist es nur bei Einhalten eng begrenzter Toleranzen der Parameter Temperatur, Druck und Zeit möglich, die Heisssiegelung einwandfrei zu gestalten. Neben der Messbarkeit dieser Parameter müssen die einschlägigen Werte auch einstellbar sein. Die einmal eingestellten Werte dürfen sich nicht ändern. Auch eine nur sehr geringfügige Fehlstelle in der Heisssiegelnaht führt nämlich unweigerlich zum Verderb des Gutes. Bis zum Feststellen derartiger Fehler kann aber eine sehr erhebliche Fehlproduktion mit den sich daraus ergebenden Konsequenzen angelaufen sein. 



   Das Einregulieren der Temperatur stellt keine besonderen Probleme dar, da eine Feinregulierung dirch entsprechend angeordnete Temperaturfühler eingestellt werden kann. Besonders kritisch sind jedoch die Druckbedingungen, sowie der Zeitfaktor, worunter sowohl die Zeitspanne, innerhalb derer der eigentliche Siegeldruck beaufschlagt wird, als auch die Zeitspanne, die bis zum Aufbau auf den Heisssiegeldruck und bis zum Abbau auf Normaldruck erforderlich sind, zu verstehen ist. Innerhalb eines von der Art des Kunststoffes und der Temperatur abhängigen möglichen Siegeldruckbereiches gilt, dass je höher der Druck, um so kürzer die Siegelzeit und um so besser das Herausdrücken der vom Füllvorgang auf den Siegelflächen liegenden Verschmutzungen aus der Siegelzone. 



   Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse die erforderlichen Druckkräfte vermittels Fluids oder durch Kurvengetriebe zu beaufschlagen. 



   Das Beaufschlagen des Siegeldruckes mittels eines Gases, wie Luft als Fluid, bedingt den Nachteil eines langsamen Druckaufbaues, bedingt durch die Kompressibilität des Gases, wodurch Füllgutrückstände nicht mit Sicherheit von der Siegelfläche weggequetscht werden und an dem Kunststoff festbrennen, wodurch ein hermetischer Verschluss unmöglich gemacht wird. Die Einstellung der Siegelzeit erfolgt hier über eine   Zeitsehaltuhr,   die wieder ein Ventil steuert, das den Druckzylinder nach der eingestellten Zeit umsteuert. Da derartige Vorrichtungen stets hohen relativen Luftfeuchtigkeiten ausgesetzt sind, lässt sich die Bildung von Kondenswasser im Luftsystem nicht verhindern. Hiedurch werden dann nach einiger Zeit Schaltungsungenauigkeiten hervorgerufen, so dass eine reproduzierbare Siegelzeit nicht gewährleistet ist.

   Da der Druckzylinder für jeden Verschlussvorgang zweimal gefüllt werden muss, ergibt sich auch ein hoher Luftverbrauch. Darüber hinaus führen Druckschwankungen in dem Druckluftsystem zu unterschiedlichen Siegeldrücken. 

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   Das Beaufschlagen des Siegeldruckes mittels einer Flüssigkeit als Fluid bedingt im wesentlichen die gleichen Nachteile, wie die Anwendung eines Gases, mit Ausnahme derjenigen, die auf die Kompressibilität und die Bildung von Kondenswasser zurückzuführen sind. Jedoch ergibt sich auch hier ein relativ langsamer Druckaufbau und es können durch die erforderlichen Hydraulikventile leicht Schaltungsungenauigkeiten entstehen. 



   Das Beaufschlagen des Siegeldruckes mittels eines Kurvengetriebes unter Anwenden von Kurvenscheiben oder Kurvenzylindern führt zwar zu einem schnellen Druckaufbau, da jedoch durch Teller, Schrauben oder Gummifedern eine Abfederung des oberen und unteren Siegelwerkzeugs erforderlich ist, kann der Siegeldruck nur schwer auf einen bestimmten erforderlichen Wert eingestellt werden. Die Federungselemente zeigen nach einiger Zeit   Ermüdungserscheinungen,   so dass ein Auswandern aus dem kritischen Druckbereich erfolgt. 



   Bisher betrug die Zeit für den Aufbau des Siegeldruckes etwa 30% der Siegelzeit. Dies ist aber nicht so zu verstehen, dass dieses Verhältnis zielbewusst im Hinblick auf die Herstellung hermetischer Siegelnähte angestrebt wurde, sondern dieses Verhältnis ergab sich eben aus der Verwendung der bisher üblichen Siegelvorrichtungen. Ferner muss selbstverständlich auch aus wirtschaftlichen und technologischen Gründen ein vernünftiges Verhältnis von Druckaufbau zu Siegelzeit vorliegen. Dies war aber mit 30% als geeignet gefunden worden. Allerdings liessen sich dabei hermetische Siegelnähte nicht mit Sicherheit herstellen und es kam bisweilen zur Produktion von Ausschussware. 



   Bei diesem Stand der Technik kann es trotz Einhalten der als optimal festgestellten Parameter der Zeitdauer des Siegeldruckes, der Höhe des Siegeldruckes und der Temperatur, sowie trotz entsprechendem Nachstellen der einschlägigen Werte immer noch zu einer erheblichen Anzahl an fehlerhaften Siegelungen bei Konservenbehältnissen mit einem Fassungsvermögen über 1000 ml kommen. Dies macht sich durch sogenannte Bombagen nach einiger Zeit bemerkbar, wenn es infolge nicht hermetischer Siegelungen zu einem Verderben des Inhaltes kommt. 



   Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der angegebenen Art so zu gestalten, dass die für eine einwandfreie Heisssiegelung erforderlichen Parameter festgestellt und beim Verfahren und der Vorrichtung stets reproduziert werden können. 



   Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass es im Zusammenhang mit dem Siegelvorgang offensichtlich einen als solchen noch nicht erkannten vierten Parameter gibt,   u. zw.   die Zeitspanne des Druckaufbaues bis zum eigentlichen Siegeldruck. 



   Langwierige Untersuchungen haben gezeigt dass die Zeitspanne des Druckaufbaues bis zum Siegeldruck nicht grösser als   10%,   vorzugsweise 3 bis 5% der Zeitspanne des Beaufschlagen des Siegeldruckes sein soll. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Ausbildung einer dauerhaften, hermetischen Schweissnaht zwischen den Kunststoffschichten eines Kunststoff-Metall-Schichtkörpers, insbesondere zum Verschliessen grossvolumiger Konservenbehältnisse aus mit Polypropylen beschichteten   Leichtmetallbehälterteilen   unter Beaufschlagen von Druck und Wärme auf die zu verschweissenden Flächen ist somit dadurch gekennzeichnet, dass der Druckaufbau auf den Siegeldruck innerhalb einer Zeitspanne erfolgt, die weniger als 10%, vorzugsweise 3 bis 5%, der Siegeldauer beträgt. Es war nicht vorherzusehen, dass die Einhaltung eines bestimmten Verhältnisses der Zeitspanne des Druckaufbaues zur Siegelzeit es ermöglichen könnte, derart grosse Behältnisse mit entsprechend grossflächigen Siegelnähten mit grösster Sicherheit hermetisch zu versiegeln. 



   Die für dieses Verfahren vorzugsweise geeignete erfindunggemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuerung der Grösse und der Dauer des Siegeldruckes ein hydraulikbetätigter Kniehebel vorgesehen ist, der an einem Ende an einem Luftzylinder angelenkt ist. Dieser Luftzylinder kann, da praktisch kein Luftverlust entsteht, unabhängig von dem Druckluftnetz mit einer Pressluftlasche beaufschlagt werden. 



   Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass es die hier geschaffene zwangsläufige Kinematik mit mehreren einregelbaren Parametern ermöglicht, sehr schnell den Siegeldruck aufzubauen und abzubauen, die Dauer des Siegeldruckes genau einzustellen, ohne dass zu befürchten steht, dass die einmal vorgegebenen Werte sich über längere Zeiträume hin ändern, so dass die relativ grossen Behältnisse in zuverlässiger Weise mit ausserordentlich geringer Ausschussquote hermetisch verschlossen werden. 

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   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung im Schnitt ; Fig. 2 ein Druck-Zeit-Diagramm einer Fluid betätigten Verschliessvorrichtung nach dem Stand der Technik und Fig. 3 ein Druck-Zeit-Diagramm der erfindungsgemäss betätigten Verschliessvorrichtung bzw. des erfindungsgemässen Verfahrens. 



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung setzt sich aus einem oberen Grundgestell--la-, einem unteren   Grundgestell --lb--,   einer oberen Gestellplatte --2a--, die ein oberes   Siegelwerkzeug --3a-- trägt,   und einer unteren   Gestellplatte --2b--,   die das untere   Siegelwerkzeug --3b-- trägt,   zusammen. Ein Kniehebel - ist an seinem oberen Ende an einem in dem oberen Grundgestell-la-geführten Gestänge, das die untere   Gestellplatte --2b-- mit   dem unteren   Siegelwerkzeug --3b-- trägt,   und an seinem unteren Ende an einem in dem unteren   Grundgestell --lb-- geführten   Gestänge, das mit dem Kolben --5-- eines Luftzylinders --6-- in Verbindung steht, angelenkt.

   Der Antrieb des Kniehebels --4-- erfolgt durch einen Hydraulikzylinder --7-- mit durchgehender Kolbenstange. 



   In der Ausgangsstellung steht der   Kniehebel --4-- unter   einem Winkel von etwa   45    zur gestreckten Mittellage. Bei Auslösen eines Arbeitstaktes wird der Kniehebel --4-- gestreckt und das untere Siegelwerkzeug --3b-- in Richtung auf das obere Siegelwerkzeug --3a-- bewegt. Etwa bei einem Winkel von   150   vor der gestreckten Lage des Kniehebels fährt das untere Siegelwerkzeug --3b-- gegen das feststehende obere Siegelwerkzeug --3a--. Die hier genannte Gradzahl ist nur beispielsweise zu verstehen, die Anordnung kann so eingestellt werden, dass die Berührung der beiden Siegelwerkzeuge in einem Winkelbereich des Kniehebels von 5 bis 200 erfolgt. 



   Zu diesem Zeitpunkt beginnt der eigentliche Siegelvorgang durch den plötzlichen Druckaufbau gegen den Luftzylinder--6--, der unter einem vorgegebenen Druck steht. 



   Somit braucht weder in dem   Luftzylindern --6-- noch   in dem Hydraulikzylinder --7-- auf Grund des günstigen Übersetzungsverhältnisses des Kniehebels --4-- ein Druck aufgebaut zu werden. Die Siegelzeit dauert so lange, bis der Kniehebel durch seine gestreckte Lage bis etwa 15  zu der andern Seite gefahren ist. Sodann ist die Siegelzeit beendet und der Kolben --5-- des Luftzylinders --6-- befindet sich wieder in der ursprünglichen Lage. Beim Weiterfahren des Hydraulikzylinders --7-- bis in seine Endlage befindet sich der Kniehebel --4-- dann etwa unter einem Winkel von 450 zur gestreckten Mittellage in einer der Ausgangslage gegenüberliegenden Lage. Das untere Siegelwerkzeug --3b-- ist dann wieder in die Ausgangslage abgesenkt. Der nächste Siegelvorgang wird durch Rückruf des Hydraulikzylinders inganggesetzt. 



   Durch die durchgehende Kolbenstange des Hydraulikzylinders ergeben sich bei Vor- und Rücklauf gleich grosse Kolbenflächen und somit gleiche Geschwindigkeit. 



   Wie Fig. 2 zeigt, die den Stand der Technik wiedergibt, beläuft sich dort das Verhältnis der Zeitspannen zwischen dem Aufbau bis zum Siegeldruck und dem eigentlichen Siegeldruck auf etwa 1 : 2, so dass die Zeitspanne für den Aufbau des Siegeldruckes sich auf etwa 30% der Zeitspanne bis zum Beginn des Abbaues des Siegeldruckes beläuft. 



   Wie Fig. 3 bezüglich des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt, liegt hier angenähert eine Rechteckkurve bezüglich des Aufbaues des Siegeldruckes, der Dauer des Siegeldruckes und des Abbaues des Siegeldruckes vor, wobei die Zeitspanne bis zum Erreichen des Siegeldruckes sich auf angenähert 5% der Dauer des Siegeldruckes beläuft. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Ausbildung einer dauerhaften, hermetischen Schweissnaht zwischen den Kunststoffschichten eines Kunststoff-Metall-Schichtkörpers, insbesondere zum Verschliessen grossvolumiger Konservenbehältnisse aus mit Polypropylen beschichteten Leichtmetallbehälterteilen unter Beaufschlagen EMI3.1 n e t, dass der Druckaufbau auf den Siegeldruck innerhalb einer Zeitspanne erfolgt, die weniger als 10%, vorzugsweise 3 bis 5%, der Siegeldauer beträgt. <Desc/Clms Page number 4>

   2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass für die Steuerung der Grösse und der Dauer des Siegeldruckes ein hydraulikbetätigter Kniehebel (4) vorgesehen ist, der an einem Ende an einem Luftzylinder (6) angelenkt ist.