Verfahren zum Bilden von dicht schliessenden Deckelverschlüssen aus thermoplastischer
Kunststoff-Folie sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden von dicht schliessenden Deckelverschlüssen aus thermoplastischer Kunststoff-Folie auf den Öffnungen von standfesten Packgefässen mit einem in oder unterhalb der Ebene der Gefässöffnung aus der Gefässwandung nach aussen ragenden Rand sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Für Packgefässe in Form von Dosen, Bechern, Karaffen oder dergleichen Behälter aus Metall, Glas oder Kunststoff, wird meist ein dicht schliessender Dekkel verlangt, um das Füllgut zu schützen. Bekanntgeworden sind Schraub- und Klemmdeckel, die eine zusätzliche Dichtung erfordern. Sie sind dadurch verhältnismässig teuer, und ausserdem ist das Aufbringen der Deckel auf den Packgefässen, die mit besonderen Einrichtungen versehen sein müssen, umständlich und zeitraubend.
Es ist auch bekannt, Packgefässe, insbesondere Kunststoffbecher, mit Kunststoff-Folie oder aus diesem Material vorgefertigten Deckeln zu verschliessen, die auf die Becher aufgeschweisst, aufgesiegelt, aufgeklebt oder aufgeschrumpft werden. Diese Verfahren setzen jedoch Packgefässe aus relativ festem Material voraus oder bei dünnwandigen Gefässen zusätzliche Formen, in denen die einliegenden Gefässe mit dem Verschluss versehen werden. Nachteilig wird bei diesen Verschliessarten ausserdem vermerkt, dass die Behälter nur schwer und umständlich zu öffnen sind und Rückstände des Verschlusses auf dem Gefässrand bleiben.
Man hat auch bereits vorgeschlagen, im Inneren von Ösen oder dergleichen durch Eintauchen in Kunststofflösungen bestimmter Viskosität und anschliessendem Herausziehen einen Film zu bilden und diesen Film dann in noch feuchtem oder halbflüssigem Zustand als Verschluss iiber die Öffnung des zu verschliessenden Behälters zu ziehen, wobei der Film sich dann mit dem Rand dieser Öffnung abdichtend verbindet. Mit diesem Verfahren lassen sich jedoch nur verhältnismässig dünne Deckel auf den Gefässen anbringen.
Des weiteren hat man vorgeschlagen, einen Gefässverschluss aus einer Kunststoff-Folie oder einer daraus hergestellten Deckelscheibe dadurch zu bilden, dass man eine die Öffnung des zu verschliessenden Gefässes um eine Randbreite in der Abmessung überschreitende Fläche der Folie oder der Scheibe erweicht, danach das Gefäss mit seinem Öffnungsrand gegen die erweichte Fläche drückt und alsdann mit Hilfe eines durch einen Erzeuger hergestellten zusätzlichen Strömungsmittels den den Öffnungsrand des Gefässes überschreitenden Teil des erweichten Plastikmaterials allseitig zur Anlage an den Abschnitt unterhalb des Randes des Packgefässes bringt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für standfähige Packgefässe mit einem über die Gefässwandung nach aussen ragenden Öffnungsrand durch Vereinfachung der Verfahrensschritte zu einem gleich vorteilhaften Verschluss zu gelangen, und zwar aufgrund der Erkenntnis, dass auf das bei dem erwähnten Vorschlag zur Verformung der Folie notwendige und von aussen zugeführte zusätzliche Strömungsmittel verzichtet werden kann. Dadurch soll bewirkt werden, dass die äusserst aufwendigen und kostspieligen Erzeugereinrichtungen entfallen und dass eine erhebliche Vereinfachung der Vorrichtung zum Bilden der Deckelverschlüsse erzielt wird.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine der Öffnungsweite des jeweiligen Gefässes zuzüglich der Breite seines Randes angepasste Fläche der Folie erweicht, sodann die Gefässöffnung und die erweichte Folie gegeneinander gedrückt werden, und dass danach die über die Gefässöffnung ragende Fläche der Folie gefässseitig dem Einfluss eines gegen über dem auf die andere Seite der Folie wirkenden atmosphärischen Druck tiefern Druckes ausgesetzt wird, wodurch diese letztgenannte Fläche unter der Wirkung des atmosphärischen Druckes allseitig und dicht unterhalb des Gefässrandes an die Gefässwandung angepresst wird.
Diese Verfahrensweise lässt es zu, dass die Deckel verschlüsse im kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Betrieb aus einer Folienbahn herstellbar sind. Anderseits ist es auch möglich, die Deckelverschlüsse aus vorgefertigten, der jeweiligen Deckelöffnung angepassten Einzelscheiben herzustellen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich durch einen Halter zur Aufnahme eines Packgefässes, durch Mittel zum Spannen der Folie oberhalb der Gefässöffnung, durch Organe zur Relativbewegung des Gefässöffnungsrandes bezüglich der über die Gefässöffnung ragenden Fläche, und durch Mittel zur Bildung eines gegenüber der Atmosphäre luftdicht abgeschlossenen, unterhalb der letztgenannten Fläche vorgesehenen Raumes, wobei der Druck in diesem Raume unter der Wirkung des Arbeitshubes der Organe absinkt.
Im folgenden ist das erfindungsgemässe Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemä ssen Vorrichtung darstellenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Vorrichtung für becherartige Packgefässe mit einem eingesetzten unverschlossenen Packgefäss in der Ausgangsstellung,
Fig. 2 die Vorrichtung mit dem eingesetzten Packgefäss in der Verschliessstellung,
Fig. 3 eine Vorrichtung für Packgefässe mit unterhalb der Gefässöffnung befindlichem Rand mit eingesetztem Gefäss in der Ausgangsstellung,
Fig. 4 die Vorrichtung mit eingesetztem Gefäss in der Verschliessstellung und
Fig. 5 die der Vorrichtung zugeordnete Heizeinrichtung.
Wie die Zeichnungsfiguren 1 und 2 erkennen lassen, ist die Vorrichtung zum Verschliessen von kegelstumpfförmig ausgebildeten Kunststoffbechern 10 vorgesehen.
Diese standfesten, jedoch verhältnismässig dünnwandigen Gefässe besitzen in der Öffnungsebene einen über die Gefässwand hinausreichenden Rand 11. Der Verschluss der Becheröffnung erfolgt mittels einer strichpunktiert dargestellten und mit 12 bezeichneten thermoplastischen Kunststoff-Folie, die von einer Vorratsrolle entnommen und der Vorrichtung schrittweise oder kontinuierlich zugeführt werden kann. Anderseits kann die Folie auch aus vorgefertigten, der jeweiligen Becheröffnung angepassten Scheiben bestehen, die lose oder in Form eines Endlosbandes zur Verarbeitung gelangen.
Die Vorrichtung selbst besteht im wesentlichen aus einem ortsfesten Formenkasten 13 mit einem oder meh- reren heb- und senkbaren Trägern 14 zur Aufnahme und Halterung der Becher 10. Zweckmässigerweise ist jeder Träger 14 als Hohlkörper ausgeführt, dessen Wandung aussen konisch oder zylindrisch ausgebildet ist und im Inneren weitestgehend der Aussenform des Bechers 10 entspricht. Zur Abstützung, vor allem von dünnwandigen Bechern, ist die Wandung des Trägers 14 besonders weit nach oben geführt und erstreckt sich zweckmässigerweise bis nahe an den Becherrand 12.
Der Form des Trägers 14 angepasst ist die Ausnehmung 15 (Fig. 2) innerhalb des Formenkastens 13, in der der Träger 14 mit einer an seinem planen Boden befestigten Stange 16 eingesetzt ist. Hierbei ist die für die Stange 16 vorgesehene Öffnung im Formenkasten 13 mittels einer Dichtung 17 abgedichtet.
Oberhalb des Formenkastens 13 besitzt die Vorrichtung ausserdem einen in die Auflageebene der Folie 12 absenkbaren Niederhalter oder Spannrahmen 18 sowie eine auf die Folie 12 einwirkende Heizeinrichtung 19 (Fig. 1) und einen Anschlag 20. Er besteht im wesentlichen aus einer über die gesamte Becheröffnung einschliesslich des Öffnungsrandes sich erstreckenden waagrechten Platte, die in einer vorbestimmten Höhe oberhalb der Auflageebene der Folie 12 federnd befestigt ist.
Nach dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Vorrichtung geschieht der Verschluss der Becher fol gendermassen: Ist in dem in den Formenkasten 13 abgesenkten Träger 14 ein Becher 10 der vorbeschriebenen Art eingesetzt, dann wird die von einer Rollenbahn abgezogene oder als vorgefertigte Scheibe vorgesehene thermoplastische Folie 12 auf den Formen- kasten 13 oberhalb der Becheröffnung aufgelegt. Der danach abgesenkte Niederhalter 18 fixiert die Folie 12 in dieser Lage. Mit der nunmehr wirksamen Heizung wird die Folie 12 mit Ausnahme des Einspannrandes über die gesamte Fläche erweicht (Fig. 1).
In der folgenden, aus Fig. 2 erkennbaren Phase bewegt der Träger 14 unter der Einwirkung einer nicht näher dargestellten Hubvorrichtung den Becher 10 aufwärts. Im Zuge dieser Bewegung gelangt der Becherrand 11 zur Anlage an der erweichten Folie 12 und bewegt diese ebenfalls nach oben bis zur Anlage am Anschlag 20. Hierbei wird die durch den Niederhalter 18 eingespannte Folie 12 auf der gesamten, nicht eingespannten Fläche gleichmässig gestreckt und legt sich dicht auf den Becherrand auf.
Unter dem Einfluss des Druckes der Aussenluft, der im Zuge der Aufwärtsbewegung des Bechers 10 und der Folie 12 in dem zwischen Niederhalter 18 und Folie 12 entstehenden und sich ständig erweiternden Ringspalt wirksam wird und sich gegenüber dem im stetig vergrössernden Raum zwischen Träger- und Kastenboden entstehenden Vakuum ständig verstärkt, umgreift der im Bereich des Niederhalters befindliche Teil der gestreckten Folie den Becherrand und legt sich dicht an die Becherwand an.
Ein zusätzliches, zum Verformen der Folie erforderliches Strömungsmittel nach Art eines Vakuums oder eines Druckstosses erübrigt sich und wird durch die besondere Formgebung des Trägers 14 und des Formenkastens 13 eingespart.
Ist nach diesem Vorgang die im Bereich des gesamten Verschlusses nahezu gleiche Wanddicke aufweisende Folie erkaltet, dann kann bei vorgesehener Herstellung des Becherverschlusses aus einer Folienbahn in an sich bekannter Weise die Trennung des Deckels von der Materialbahn erfolgen und danach der Träger 14 wieder in die Ausgangslage nach Fig. 1 zur Entnahme des verschlossenen und zur Aufnahme eines unverschlossenen Bechers 10 zurückbewegt werden. Bei vorgefertigten und einzeln zugeführten sowie zu einer Endlosbahn aneinandergereihten Deckelscheiben erübrigt sich naturgemäss diese Trennung, und nach dem Absenken des Trägers in die Ausgangslage sowie der Entnahme des verschlossenen Bechers kann der Verschluss eines folgenden Bechers in der beschriebenen Weise erneut vorgenommen werden.
Die Vorrichtung nach den Zeichnungsfiguren 3, 4 und 5 stellt sich als Umkehrung der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 dar und dient zum Verschliessen von Packgefässen nach Art üblicher Gläser, Krüge, Karaffen aus Glas oder Kunststoff, bei denen der Rand unterhalb der Öffnungsebene angeordnet und wulstoder gewindeförmig ausgebildet ist. Da es sich meist um standfähige und druckfeste Behälter handelt, besteht der heb- und senkbare Träger 14 lediglich aus einer planen Scheibe mit einer angreifenden Hubstange 16. Er ist ebenso wie die Heizeinrichtung 19 (Fig. 5) unterhalb der Öffnung 22 einer Grundplatte 21 angeordnet, auf deren Oberseite und fluchtend mit der Plattenöffnung 22 sich ein Niederhalter 18 befindet.
Dieser besitzt einen Aussenflansch und ist glockenförmig ausgebildet. Innerhalb seiner Seitenwandungen erstrecken sich senkrechte Kanäle 23, die nach oben in eine Ausdrehung 24 seiner Rückwand münden und nach unten im Bereich der Grundplatte 21 austreten.
Mit einer Dichtung 25 stützt sich der Niederhalter 18 auf der Grundplatte 21 ab.
In der nach unten verlängerten Wandung der Plattenöffnung 22, die eine weitere Dichtung 26 trägt, sind ebenfalls Kanäle 27 angebracht. Sie stehen den Kanälen 23 im Niederhalter 18 gegenüber und münden in die Plattenöffnung 22.
Im Inneren des Niederhalters 18 ist ein der Öffnungsweite und der Randhöhe des zu verschliessenden Behälters 10a angepasster topfförmiger Hohlkörper 28 eingesetzt. Er besitzt einen die Rückwand des Niederhalters 18 durchdringenden Hohlschaft 29, dessen Bohrung 30 durch die Anschlusswand des Körpers 28 fortgesetzt ist. Auf dem Schaftumfang ist der Niederhalter 18 entgegen einer durch eine Mutter 32 verstellbaren Federkraft 31 längsverschiebbar angeordnet. Im Bereich der Durchtrittsöffnung der Niederhalterrückwand umgibt eine in einem Gehäuse 33 angeordnete Dichtung 34 den Schaft 29. Eine weitere Dichtung 35 am Umfang des Körpers 28 dichtet den Luftspalt zur benachbarten Wand des Niederhalters 18 ab.
Ist zur Herstellung eines Verschlusses ein der Verschlussgrösse für den Behälter 1 0a angepasstes Folienstück 12, das auf die Platte 21 oberhalb der Öffnung 22 aufgelegt und durch den abgesenkten Niederhalter 18 fixiert ist, durch die Heizung 19 erwärmt, dann wird in einer folgenden Bewegungsphase der auf den Hubteller 14 abgestellte Behälter 10a so weit aufwärts bewegt, bis sich seine Schultern gegen die Dichtung 26 fest anlegen. Dadurch wird innerhalb der Plattenöffnung 22 ein geschlossener Raum gebildet, den die Folie 12 nach oben und die Behälterwand mit der Dichtung 26 nach unten begrenzen. Auch über die Kanäle 27, 23 und 24 ist die Verbindung nach aussen durch die Dichtung 34 und 35 unterbunden. Lediglich durch die Bohrung 30 hat die Aussenluft Zugang in den vom Körper 28 umgebenen Raum oberhalb der Folie 12.
Wird nunmehr mittels eines nicht näher dargestellten, auf den Schaft 29 einwirkenden Antriebes der Körper 28 nach unten gesenkt, dann wird die erweichte Folie 12 auf die Behälteröffnung gedrückt und ihre überstehende Fläche von der vorstehenden Wand des Körpers 28 parallel zum Gefässrand nach unten gezogen.
Im Zuge dieser Abwärtsbewegung des Körpers 28 wird der vorhandene Raum 22 stetig verkleinert, jedoch zwischen der Rückwand des Niederhalters 18 und des Hohlkörpers 28 ein sich ständig vergrössernder Raum 15 geschaffen (Fig. 4). In diesen Raum 15 strömt die im Raum 22 eingeschlossene Luft über die Kanäle 27, 23 und 24 zurück, so dass im Raum 22 ein Unterdruck entsteht. Durch den nunmehr wirksam werdenden Druck der über die Schaftbohrung 30 eingedrungenen und auf die Aussenseite der noch weichen Folie einwirkenden Aussenluft wird die Folie gegen den Behälterrand gepresst und legt sich dicht an die Gewindegänge an.
Hat die Unterkante des Körpers 28 in der unteren Endlage den Rand der Folie 12 aus der Fixierung zwischen Niederhalter 18 und Platte 21 herausgezogen, dann ist der Verschliessvorgang beendet, und der Körper 28 wird wieder in seine Ausgangslage nach Fig. 3 zurückgestellt und der Niederhalter 18 zum Auflegen eines neuen Folienstückes 12 von der Platte 21 entfernt. Gleichzeitig damit wird der verschlossene Behälter 1 0a nach unten abgesenkt und aus der Vorrichtung genommen.