Verfahren und Vorrichtung zum dichten Verschliessen abgefüllter Gefässe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum dichten Verschliessen abgefüllter Gefässe, die aus Folienmaterial bestehen, und deren Öffnung von einem Randflansch umgeben ist, mit einem auf den Randflansch aufgesetzten, aus Folienmaterial bestehenden Deckel durch Heissiegeln eines Versiegelungsbelages, mit welchem mindestens die beiden sich berührenden Randflächen von Deckel und Gefäss beschichtet sind. Dabei ist jedoch nachteilig, dass infolge der Anwendung von Hitze beim Versiegeln des Gefässes dessen Füllinhalt je nach seiner Beschaffenheit zumindest in der Nähe der Versiegelungszone ungünstig beeinflusst werden kann, was insbesondere für leichtverderbliche und leichtschmelzbare Nahrungsmittel, wie Mayonnaise, Butter, Margarine und dgl. Produkte gilt.
Diese Gefahr hat man bisher durch Verminderung des Füllgrades bei empfindlichen Füllgut zu vermeiden gesucht und den demzufolge unrationellen Verpackungs- und Volumen aufwand in Kauf genommen.
Das erfindungsgemässe Verfahren sucht diese Nachteile dadurch zu vermeiden, dass Werkzeuge zum Aufeinanderbringen und -halten des zu versiegelnden Gefässes und Deckels an den an den letzteren angreifenden Wandungsteilen gekühlt und mit Gefäss und Deckel mindestens längs einer geschlossenen Ringzone zwischen der Versiegelungszone und dem Gefässinhalt von vor bis nach dem Siegelungsvorgang zwecks Abschirmung des Gefässinhalts gegen die Siegelwärme und Abführung der letzteren in flächenhafter Berüh rung gehalten werden.
Gemäss der Erfindung zeichnet sich die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die mit Wefl:- zeugen zum Aufeinanderbringen und -halten von Gefäss und Deckel an einem Randflansch beim Schliessvorgang und mit einem Siegelwcrkzeug versehen ist, dadurch aus, dass die Haltewerkzeuge deckel- bzw. gefässaussenseitig je eine durch Wärmeleitmaterial gebildete, kühlbare Ringfläche zum Aufeinanderpressen von Gefäss und Deckel aufweisen, aussenseitig von welchen Ringflächen deckelseitig eine durch Wärmeleitmaterial gebildete, beheizbare Siegelringfläche des Siegelwerkzeugs und gefässeitig eine derselben zugeordnete, an dem zum Halten des Gefässes bestimmten Werkzeug in wärmedämmender Weise angeordnete Siegelringfläche vorgesehen sind.
Die Erfindung ist anschliessend an einem Ausführungsbeispiel der Schliessvorrichtung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die für die Beschreibung der Erfindung wesentlichen Teile der Vorrichtung vor Beginn des Schliessvorgangs,
Fig. 2-4 drei aufeinanderfolgende Stadien des Schliessvorgangs, und
Fig. 5 ein Bewegungsdiagramm des Unterwerkzeugs der Vorrichtung.
Das zu verschliessende Gefäss 1 besteht aus Folienmaterial und ist vorzugsweise ein aus Aluminiumfolie faltenlos gezogener Becher, der einen die Öffnung umgebenden Randflansch 2 aufweist und innenseitig und auf der Oberseite des Randflansches 2 mit Thermolack beschichtet ist. Zum Schliessen der Gefässöffnung ist ein ebenfalls aus Folienmaterial, wie Aluminiumfolie, bestehender und auf der Unterseite mit Thermolack beschichteter Deckel 3 so bemessen, dass er mit seiner Randzone auf den Randflansch 2 des Gefässes 1 zu liegen kommt und mit diesem durch Heissiegeln dicht schliessend verbunden werden kann.
Im Unterteil der Vorrichtung ist ein Abstellteller 4 für das jeweils zu verschliessende Gefäss 1 mit einer vertikalen Stange 5 in einer durch nichtgezeigte Hubmittel vertikal verschiebbaren Traverse 6 mittels einer Büchse 7 geführt. Auf einer hohlkugeligen Ringfläche 39 der Traverse 6 ist das Unterwerkzeug 40 mit einer passenden Ringfläche 41 einstellbar abgestützt, indem die mittels einer Doppelmutter 42 an der Unterseite der Traverse abgestützte Büchse 7 über einer Tellerfeder 43 auf das Werkzeug 40 drückt.
Der obere ringförmige Teil des Werkzeugs 40 ergibt für die Aufnahme des Abstelltellers 4 und Gefässes 1 eine tiefe Ausneh mung 44, deren leicht konische Wandung 45 an der entsprechend konischen Seitenwand des Gefässes 1 anliegen kann, wenn das Werkzeug 40 mit seinem nach oben gerichteten und unter den Randflansch 2 des Gefässes passenden Ringbacken 46 bis an denselben angehoben worden ist. Eine äussere Ringzone dieses Backens ist durch eine Einlage 47 aus wärmedämrren- dem Material oder zumindest einem Material mit verhältnismässig schlechter Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. rostfreier Stahl oder Kunststoff, gebildet. Der obere Teil des Werkzeugs 40 enthält einen ringförmigen Hohlraum 48 für Kühlwasser, das durch Leitungsan sc'nlüsse 49 zu- bzw. abgeführt wird.
Am Oberteil der Vorrichtung ist in einem ortsfesten Balken 16 des Maschinengestells ein aus mehreren Teilen bestehendes Oberwerkzeug 50 mit zylindrischem Schaft 51 vertikal verschiebbar gelagert und mit einer auf diesen Schaft geschraubten Mutter 52 einstellbar gehalten. Zwischen dem Balken 16 und einer auf dem Schaft 51 angeordneten Einstellmutter 53 befinden sich zwei Tellerfedern 54, welche durch die Muttern 52 und 53 unter Vorspannung gehalten sind.
Unterhalb der Mutter 53 weist der Schaft 51 einen Flansch 55 auf, zwischen welchem und dem nach unten gerichteten, tellerförmigen Backen 56 der Oberwerkzeuge mehrere Tellerfedern 57 übereinander angeordnet sind.
An der Unterseite des Backens 56 mündet eine konzentrisch durch den Schaft 51 geführte Saugleitung 58, die von oben in das Oberwerkzeug 50 eintritt.
Längs dieser Leitung 58 sind konzentrisch zu ihr zwei im Querschnitt ringförmige Kühlwasserkanäle 59 und 60 angeordnet, welche die Verbindung zwischen einem Wasserleitungseintntt 61 bzw. -austritt 62 im Oberteil 63 des Werkzeugs 50 mit einem ringförmigen Hohlraum 64 im Backen 56 herstellen und Kühlwasser hindurchleiten.
Am Flansch 55 ist unter Zwischenlage eines Wär mei solierrings 65 ein zylinderförmiges Siegelwerkzeug 66 befestigt, welches den Baden 56 des Obenverkzeugs 50 ohne Berührung umgibt und aussenseitig mit einem elektrischen Ringheizkörper 67 ausgerüstet ist.
Der nach unten gerichtete ringförmige Siegelbacken 68 befindet sich normalenveise in einer bezüglich des tellerförmigen Backens 56 etwas zurückgesetzten Lage und liegt der durch die Einlage 47 im Backen 46 des Unterwerkzeugs 40 gebildeten Ringzone koaxial passend gegenüber.
Der Schliessvorgang nimmt folgenden Verlauf: Nachdem das zu verschliessende Gefäss 1 abgefüllt und auf den Teller A abgestellt worden ist, wird die Traverse 6 angehoben, wobei das Unterwerkzeug 40 mit seinem Backen 46 von unten an den Randflansch 2 des Gefässes 1 gelangt und dieses vom Teller 4 abhebt, der von der Ausnehmung 44 des Werkzeugs aufgenommen worden ist. Inzwischen ist ein Deckel 3 an den Backen 56 des Oberwerkzeugs 50 gebracht : und daran durch Unterdruck in der Saugleitung 58 festgesaugt worden (Fig. 2).
Das Unterwerkzeug 40 hebt das Gefäss 1, bis der Deckel 3 mit seiner beschichteten Randzone auf dem beschichteten Flansch 2 des Gefässes aufliegt und setzt die Hubbewegung unter Mitnahme des Oberwerkzeugs 50 und unter Kompression der Federn 57 fort, so dass diese Ränder von Gefäss und Deckel durch die Backen 46 und 56 fest aufeinan der gedrückt werden. Durch noch weitere in Hubbewe- gung der Werkzeuge 40 und 50 gelangt die Deckelrandzone an den Backen 68 des Siegelwerkzeugs 66, das gegen den Vorspanndruck der Federn 54 nur noch ganz geringfügig angehoben wird.
Dadurch wird der Siegeldruck auf die zu versiegelnde Randzone des Gefässflansches und Deckels auf ein Mehrfaches des Anpressdruclces der beiden gekühlten Werkzeuge 40 und 50 gesteigert und durch die Hitzezufuhr des Sie gelweilczeuges 66 eine dichtschliessende Siegelung in 0,1-0,2 Sek. bewirkt (Fig. 3).
Die in die Gefässwandung eingetretene Hitze wird der Siegelungszone durch die unmittelbar benachbarten, gekühlten Backen 46 und 56 rasch wieder entzogen und somit am Vordringen bis zum Füllinhalt des Gefässes verhindert, da beim Absenken des Unterwerkzeugs 40 sich zunächst das nun verschlossene Gefäss 1 von der beheizten Siegelbacke 68 entfernt, die Werkzeuge 40 und 50 jedoch das Gefäss noch kurze Zeit festhalten und die Siegelwärme ableiten (Fig. 4). Aus Fig. 5 ist der zeitliche Ablauf des Hubes der Werkzeuge ersichtlich, in welchem bei maximalem Hub S die Heissiegelung und beim anschliessenden, abgesenkten Hub K die Wärmeableitung stattfindet.
Hernach wird das Unterwerkzeug 40 vollständig abgesenkt, wodurch das Gefäss 1 auf den Teller 4 abgesetzt wird und aus der Vorrichtung entnommen werden kann.
Der im Unterwerkzeug 40 als Gegenbacken zum beheizbaren Siegelbacken 68 eingebettete Einlagering 47 könnte, anstatt selbst aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit zu bestehen, gegen das übrige Unterwerkzeug wärmeisoliert sein.
Da beim beschriebenen Ausführungsbeispiel die Hitzezufuhr für die Versiegelung von Gefäss und Dekkel nur von der Oberseite her, unter hoher Flächenpressung und höchst kurzfristig erfolgt, kann das Material des Siegelbackens und des ihm gegenüberliegenden Einlagerings je nach der Foliendicke von Gefäss und Deckel einer sehr hohen Beanspruchung und entsprechendem Verschleiss ausgesetzt sein. Anstelle des Einlagerings kann daher auch ein unterer beheizbarer Siegelbacken vorgesehen werden, der in wärmeisolierter Weise am Unterwerkzeug 40 befestigt sein kann.
Method and device for the tight sealing of filled vessels
The invention relates to a method and a device for tightly closing filled vessels, which consist of film material, and the opening of which is surrounded by an edge flange, with a lid made of film material placed on the edge flange by heat sealing a sealing coating with which at least the two are attached touching edge surfaces of the lid and vessel are coated. However, it is disadvantageous that, as a result of the application of heat when sealing the vessel, its contents can be adversely affected depending on its nature, at least in the vicinity of the sealing zone, which is especially true for perishable and easily meltable foods such as mayonnaise, butter, margarine and similar products applies.
This risk has hitherto been attempted to avoid by reducing the degree of filling in the case of sensitive filling goods and the consequent unreasonable packaging and volume costs have been accepted.
The method according to the invention seeks to avoid these disadvantages in that tools for bringing the vessel and lid to be sealed together and holding them against one another are cooled on the wall parts engaging the latter and with the vessel and lid at least along a closed ring zone between the sealing zone and the vessel contents from before to after the sealing process in order to shield the vessel contents from the sealing heat and dissipate the latter in extensive contact.
According to the invention, the device for carrying out the method, which is provided with Wefl: - witness for bringing and holding the vessel and lid on an edge flange during the closing process and with a sealing tool, is characterized in that the holding tools are on the outside of the lid or the vessel each have a coolable ring surface formed by heat-conducting material for pressing the vessel and lid together, on the outside of which ring surfaces on the lid side a heatable sealing ring surface of the sealing tool formed by heat-conducting material and on the vessel side a sealing ring surface assigned to the same and arranged in a heat-insulating manner on the tool intended for holding the vessel are.
The invention is then explained in more detail using an exemplary embodiment of the locking device with reference to the accompanying drawing. Show in it:
1 shows a vertical section through the parts of the device that are essential for the description of the invention before the start of the closing process.
2-4 three successive stages of the closing process, and
5 shows a movement diagram of the lower tool of the device.
The vessel 1 to be closed consists of film material and is preferably a cup made of aluminum foil without folds, which has an edge flange 2 surrounding the opening and is coated on the inside and on the top of edge flange 2 with thermal lacquer. To close the vessel opening, a cover 3, also made of film material such as aluminum foil, and coated on the underside with thermal lacquer, is dimensioned so that it comes to rest with its edge zone on the edge flange 2 of the vessel 1 and is tightly connected to it by heat sealing can.
In the lower part of the device, a storage plate 4 for the respective vessel 1 to be closed is guided with a vertical rod 5 in a traverse 6 which is vertically displaceable by lifting means (not shown) by means of a bush 7. The lower tool 40 is adjustably supported with a matching annular surface 41 on a hollow spherical annular surface 39 of the crossbeam 6 in that the bushing 7 supported by a double nut 42 on the underside of the crossbeam presses on the tool 40 via a plate spring 43.
The upper annular part of the tool 40 results in a deep recess 44 for receiving the storage plate 4 and vessel 1, the slightly conical wall 45 of which can rest on the correspondingly conical side wall of the vessel 1 when the tool 40 is directed upwards and below the rim flange 2 of the vessel matching ring jaws 46 has been raised to the same. An outer ring zone of this baking is by an insert 47 made of heat-insulating material or at least a material with relatively poor thermal conductivity, such as. B. stainless steel or plastic. The upper part of the tool 40 contains an annular cavity 48 for cooling water, which is supplied or discharged through line connections 49.
On the upper part of the device, an upper tool 50 consisting of several parts with a cylindrical shaft 51 is mounted vertically displaceably in a stationary beam 16 of the machine frame and is adjustable with a nut 52 screwed onto this shaft. Between the bar 16 and an adjusting nut 53 arranged on the shaft 51 there are two disc springs 54 which are held under pretension by the nuts 52 and 53.
Below the nut 53, the shaft 51 has a flange 55, between which and the downwardly directed, plate-shaped jaws 56 of the upper tools, a plurality of plate springs 57 are arranged one above the other.
A suction line 58, which is guided concentrically through the shaft 51 and enters the upper tool 50 from above, opens out on the underside of the jaw 56.
Along this line 58 two cooling water channels 59 and 60 of annular cross-section are arranged concentrically to it, which establish the connection between a water line inlet 61 or outlet 62 in the upper part 63 of the tool 50 with an annular cavity 64 in the jaw 56 and pass cooling water through it.
A cylindrical sealing tool 66 is attached to the flange 55 with the interposition of a heat mei insulator ring 65, which surrounds the bath 56 of the top tool 50 without contact and is equipped with an electric ring heater 67 on the outside.
The downwardly directed annular sealing jaw 68 is normally in a position that is somewhat set back with respect to the plate-shaped jaw 56 and is coaxially fitting opposite the ring zone formed by the insert 47 in the jaw 46 of the lower tool 40.
The closing process takes the following course: After the vessel 1 to be closed has been filled and placed on the plate A, the cross member 6 is raised, the lower tool 40 with its jaws 46 reaching the edge flange 2 of the vessel 1 from below and this from the plate 4 stands out, which has been received by the recess 44 of the tool. In the meantime, a cover 3 has been placed on the jaws 56 of the upper tool 50: and has been sucked onto it by negative pressure in the suction line 58 (FIG. 2).
The lower tool 40 lifts the vessel 1 until the lid 3 rests with its coated edge zone on the coated flange 2 of the vessel and continues the lifting movement while entraining the upper tool 50 and compressing the springs 57 so that these edges of the vessel and lid pass through the jaws 46 and 56 are pressed firmly on one another. With further lifting movements of the tools 40 and 50, the lid edge zone reaches the jaws 68 of the sealing tool 66, which is only raised very slightly against the pretensioning pressure of the springs 54.
As a result, the sealing pressure on the edge zone of the vessel flange and lid to be sealed is increased to a multiple of the contact pressure of the two cooled tools 40 and 50, and the heat supplied by the sealing tool 66 causes a tight seal in 0.1-0.2 seconds (Fig . 3).
The heat that has entered the vessel wall is quickly withdrawn from the sealing zone by the directly adjacent, cooled jaws 46 and 56 and thus prevented from penetrating to the contents of the vessel, since when lowering the lower tool 40, the now closed vessel 1 is initially removed from the heated sealing jaw 68 removed, but the tools 40 and 50 hold the vessel tight for a short time and dissipate the sealing heat (FIG. 4). From Fig. 5, the time sequence of the stroke of the tools can be seen in which at the maximum stroke S the heat sealing and with the subsequent, lowered stroke K, the heat dissipation takes place.
The lower tool 40 is then lowered completely, as a result of which the vessel 1 is placed on the plate 4 and can be removed from the device.
The insert ring 47 embedded in the lower tool 40 as a counter-jaw to the heatable sealing jaw 68 could, instead of itself consist of a material of low thermal conductivity, be thermally insulated from the rest of the lower tool.
Since in the embodiment described, the heat for sealing the vessel and lid is only supplied from the top, under high surface pressure and very briefly, the material of the sealing jaw and the insert ring opposite it can, depending on the film thickness of the vessel and lid, be subject to very high loads and be exposed to corresponding wear. Instead of the insert ring, a lower heatable sealing jaw can therefore also be provided, which can be fastened to the lower tool 40 in a heat-insulated manner.