Vorrichtung zum Verschliessen und Abdichten eines Behälters aus Metallfolie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschliessen und Abdichten eines Behälters aus Metallfolie, mit einem Boden und Seitenwänden, die sich vom Bodenrand aus nach oben erstrecken und mit einem nach aussen ragenden Absatz versehen sind, der eine um den Behälter herumlaufende, an ihn angrenzende durchgehende Fläche bildet und dessen Kanten eine Abdeckung tragen, wobei die Fläche dieses Absatzes in einer umlegbaren, aufrechtstehenden Verschlusslippe endet und die Vorrichtung aus einem oberen Teil, einem unteren, an den Behälter angepassten Teil und Mitteln zur Bewegung der beiden Vorrichtungsteile gegeneinander besteht.
Das US-Patent Nr. 2960255 beschreibt Behälter aus Metallfolie des vorhergenannten Typs, die gewöhnlich einen durchgehend nach aussen herausragenden, seitlich angeordneten, um die obere Kante der Seitenwände des Behälters herum laufenden Absatz aufweisen. Der Absatz bietet eine Auflagefläche für den Rand einer passenden Abdeckung, die beim Füllen des Behälters auf diesem aufliegt.
Eine durchgehende, aufrechtstehende Lippe ist ebenfalls um die äussere Kante des Absatzes herum angeordnet. Die Lippe soll durch eine Pressform zum Verschliessen nach innen gebogen werden, d. h. sie soll nach innen über die obere Fläche des Abdeckungsrandes gebogen werden, um die Abdeckung dicht zwischen der Lippe und dem Absatz einzuklemmen.
Verpackungen dieser allgemeinen Art werden immer häufiger auf allen Gebieten verwendet, so z. B. für das Verpacken von Gefrierkost zur Lagerung oder zum Vertrieb. Ein Beispiel für eine typische Verwendungsmöglichkeit in der Backwarenindustrie ist das Verpacken von Kaffeekuchen und anderen Süsspeisen in solchen Behältern, die zuerst als Backform und dann als Verpackungsbehälter zum Vertrieb und Verkauf verwendet werden.
Solche Behälter werden gewöhnlich aus einem Stück Folie unter Verwendung zweckmässiger Pressformen geformt. Da es wünschenswert ist, einen Behälter aus einem Stück zu haben, um die Gesamtzahl der Nähte zu beschränken, muss die Folie so konstruiert sein, dass das Metall ausreicht, um daraus eine Konstruktion aus einem Stück herstellen zu können. Daraus ergibt sich, dass die abgerundeten Ecken des Behälters gewöhnlich überschüssiges Metall aufweisen, das an den Ecken zu Falten zusammengelegt wird. Es hat sich herausgestellt, dass die ausgerichteten Falten an den Ecken zu einer grösseren Festigkeit an den Verschlussteilen, nämlich an dem Absatz und der mit ihm verbundenen Behälterlippe beitragen.
Die Druckfestigkeit der aufrechtstehenden Lippe, die mittels der Pressform an den Ecken umgebogen werden soll, ist im Vergleich relativ grösser als die Druckfestigkeit parallel zu den flachen Seitenwänden des Behälters.
Demgegenüber sind die aufrechtstehenden, entlang den geraden Behälterseiten angeordneten Lippenteile, vom Standpunkt der Druckfestigkeit aus gesehen, relativ schwach, und werden daher durch die bekannten Pressformen zum Verschliessen von Behältern leichter in unerwünschter Weise verbogen.
Um scharfe Kanten entlang diesen Seiten zu vermeiden, sind die Kanten der Lippen vorzugsweise gerollt oder gekräuselt. Um dies zu erreichen, passiert es manchmal, dass die aufrechtstehende Lippe aus ihrer gewünschten, senkrechten Ebene nach aussen gebogen wird. Wenn somit die Pressformen des bisher bekannten Typs verwendet werden, wird das Presswerkzeug mitunter einen Teil oder alle Teile einer oder mehrerer aufrechtstehender Lippen an den Seiten des Behälters zurückbiegen. Daraus resultiert natürlich ein ungenaues und unschönes Verschliessen des Behälters.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Pressform zum Verschliessen herzustellen, die ein zweckmässiges Biegen und Bördeln der aufrechtstehenden, parallel zu den Seitenwänden des Behälters aus Metallfolie verlaufende Lippe gewährleistet, wodurch wiederholt und zu jeder Zeit eine einwandfreie Dichtung in diesen spezifischen Bereichen möglich ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der obere Teil der Vorrichtung mit aus ihr herausragenden Gliedern versehen ist, welche die Verschlusslippe des Behälters während der Bewegung der beiden Vorrichtungsteile gegeneinander in Eingriff bringen und eine anfängliche Einwärtsbiegung der Lippe bewirken, und dass eine Verschlusseinrichtung vorgesehen ist, die danach mit der einwärts gebogenen Lippe in Eingriff tritt und sie bei Weiterbewegung der Pressformteile vollständig um die Kanten der Abdeckung herumbiegt.
Durch diese Anordnung der verbesserten Pressformen zum Verschliessen sind an den Ecken des Metallfolienbehälters die entsprechenden Biege- und Bördelkräfte wirksam, während sie gleichzeitig eine zweckmässige Abdichtung durch Umlegen und Bördelung der aufrechtstehenden Lippen, die parallel zu den Seitenwänden des Behälters laufen, gewährleisten, wodurch eine einwandfreie, kontinuierliche Dichtung an jedem Behälter erzielt wird. Diese verbesserte Anordnung von Pressformen bewirkt auch ein schnelleres Verschliessen und Abdichten des Metallfolienbehälters als mit den bekannten Pressformen zum Verschliessen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeipsiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines typischen, rechteckigen flachen Metallfolienbehälters, die eine geeignete Abdeckung oder einen auf den Behälter passenden Deckel während des Füllvorganges darstellt,
Fig. 2 eine Draufsicht einer Pressform zum Verschliessen und eine teilweise weggebrochene Darstellung,
Fig. 3, 3a und 3b vergrösserte Teilschnitte der Seitenwand des Behälters von Fig. 1; sie veranschaulichen einen Teil einer Pressform in verschiedenen Stellungen in aufeinanderfolgenden Phasen des Verschliessvorganges,
Fig. 4 einen vergrösserten Teilschnitt des Behälters von Fig. 1 aus einem Bereich einer Ecke und veranschaulicht den danebenliegenden Abschnitt der Pressform.
Fig. 1 zeigt im besonderen das Beispiel einer Verpackung 10 die einen flachen, im allgemeinen rechtekkigen Metallfolienbehälter 12 und einen Verschluss, wie z. B. eine Abdeckung bzw. einen Deckel 14 umfasst. Der Behälter 12 ist aus einer einzigen Folie geformt und er besitzt einen im allgemeinen rechteckigen Boden 16 mit nach aussen ansteigenden Seiten und Stirnwänden 18, die sich vom Boden aus nach oben erstrecken. Da der Behälter aus einem Stück Folie geformt ist, sind die angrenzenden Enden der Wandfläche 18 durch die Eckwände 19 mit derselben verbunden, die durch das Pressformen abgerundet sind. Bei der Herstellung der abgerundeten Eckwände 19 wird das überschüssige Folienmaterial an diesen Stellen der Folie in Falten oder Kräuselungen gelegt, die sich im allgemeinen in vertikaler Richtung erstrecken.
Ein seitlich nach aussen herausstehender Absatz ist entsprechend mit 118 und 119 bezeichnet und er ist mit jeder der Wände 18 an den Seiten 19 und an den Enden einstückig ausgebildet. Der Absatz befindet sich in einer gemeinsamen, parallel zum Boden 16 liegenden Ebene, und er bildet einen kontinuierlichen, aus Umfang verlaufenden Dichtungsabsatz auf den die an die Wand angrenzende Kante der Abdeckung 14 anfangs wie in Fig. 1 und 3 gezeigt, gelegt wird.
Zum Festklemmen und dichten Verschliessen der Abdeckung in der gewünschten Stellung erstreckt sich eine durchgehende, aufrechtstehende, mit den Flächen 118 und 119 einstückig ausgebildete Lippe um eine entsprechende Strecke über die Kante der Abdekkung 14 auf dem Absatz und umgibt dieselbe. Die erwähnte Lippe umfasst flache, rechteckige Lippenteile 218, die entlang den geraden Behälterseiten angeordnet sind, und Lippenteile 219, die der gebogenen und verdickten, faltigen Struktur der umgelegten Eckwände19 angepasst sind.
Die flachen, geraden Lippen 118 sind vorzugsweise an den oberen Kanten nach aussen gerollt oder gekräuselt wie bei 318 gezeigt ist, um lästige Verletzungen durch das Hantieren mit dem scharfkantigen Behälter zu vermeiden. Die Obergrenze der abgerundeten Lippen 219 liegt etwas unter dem höchsten Punkt der Bördelung 318, wie aus Fig. 1 hervorgeht.
Die gefüllten Behälter werden mittels einer geeigneten Pressform dicht verschlossen. Die Pressform besteht aus einem Tragteil und einem Verschlussteil.
Fig. 3 sieht einen Tragteil 40 vor, einschliesslich einer seitlichen Auflagefläche 42, die mit der Unterseite des Absatzes 118 und 119 in Eingriff steht; ein oberes, zweiteiliges Pressteil zum dichten Verschliessen ist ebenso vorgesehen, im allgemeinen bei 45 angezeigt, das einen Matrizenring und eine Führungsplatte 48 aufweist.
Der Teil der Pressform, der zum Verschliessen dient, ist so konstruiert, dass er alle Flächen einwandfrei dicht verschliesst, unabhängig von der Materialdicke und der Druckfestigkeit und einer eventuell geringen zurückgebogenen Lippe. Zu diesem Zweck, und um das Zusammendrücken der Folie oder sonstiges unkorrektes Umlegen der Lippen der Seitenwände 318 zu vermeiden, sind Vorrichtungen vorgesehen, die ein anfängliches Einwärtsbiegen oder -drehen der Lippen 318 veranlassen, so dass bei der Vorwärtsbewegung der Bördelfläche gegen die Lippen die normalerweise senkrecht wirkenden Kräfte der Pressform während des ganzen Arbeitsganges, anfangs nicht senkrecht an der dünnen Kante der Lippen nach unten wirken, sondern gegen dieselbe in einer derartigen Richtung wirken, um ein Vorbiegen in der zweckmässigen Richtung zu erreichen,
damit die Pressform somit bei der Beendigung des Arbeitsganges einwandfrei arbeiten kann, um die gewünschte Abdichtung des Behälters zu erzielen.
Es wird ein anfängliches Vorbiegen in die gewünschte Richtung (im vorliegenden Fall zwei) durch vertikal zurückziehbare, vorgespannte Kolben bzw.
Stempel 50 erreicht, die in einem zweckmässigen Abstand zueinander, entlang jeder der geraden Seiten des Matrizenrings 47, angeordnet sind. Vorzugsweise grenzen diese Kolben 50 symmetrisch an die Enden der nach oben gerade abschliessenden Lippen. Die Kolben sind so konstruiert, dass sie beim anfänglichen Eingreifen in die Lippen eine nach innen wirkende Kraft auf die Kanten der Längs- und Querseiten der Lippe aus üben.
Weiterhin sind die Kolben so angebracht, dass sie in eine Stellung zurückgebogen werden können, in der die Fläche des Matrizenrings die letzte Phase des Umlegens der Lippe und das Abdichten der seitlichen Lippen durchführt.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besitzen die als Beispiel aufgeführten Kolben zweckmässigerweise einen runden Querschnitt und sind in entsprechenden Führungsbohrungen 51 an der Führungsplatte 48 angeordnet. In der Bohrung 51 ist jeder Kolben 50 mit einer Druck-Spiralfeder 53 ausgestattet. Die Bohrung endet an einem Absatz auf dem sich die Feder abstützt. Das andere Ende der Feder wirkt natürlich gegen die Rückwand des Kolbens, um ihn fortlaufend in Abwärtsrichtung vorzuspannen.
Die Kolben können in Richtung der Federvorspannung einen begrenzten Hub haben und sind mittels eines entsprechend geformten, halboffenen Gehäuses angezeigt bei 55; in dem Matrizenring 47 begrenzt.
Das Gehäuse passt sich der Nase des Kolbens an und ist an einer Stelle geöffnet, um das Ineinandergreifen des Kolbens und der aufrechtstehenden Behälterlippe zu gestatten.
Um die Kolbenkraft im gewünschten Winkel aus der vertikalen Ebene gegen die Lippenkanten richten zu können, ist das untere Ende bzw. die Nase jedes Kolbens in einem Führungsteil 60 ausgebildet. Zur Erleichterung der Fertigung ist das Oberflächenprofil konisch ausgebildet; jede entsprechend konisch ausgebildete Führungsfläche ist jedoch ausreichend.
Der Kolben 50 ist vorzugsweise so angeordnet, dass das untere Ende des Führungsabschnittes ausserhalb des Behälters liegt, so dass die eine geneigte Seite der Führungsfläche immer an der aufrechtstehenden, gebördelten Kante der dazugehörigen Seite bzw. Querseite der Lippe 218 anstösst, auch wenn diese Lippe nach aussen umgelegt ist, anstatt aufrecht zu stehen.
Die Vorderwand des Matrizenrings 47 gewährleistet, dass jedes Umlegen der Lippe nach hinten nicht übermässig ist, bevor die Kolben mit der Lippe in Berührung kommen. Die Kolben selbst sitzen zweckmässigerweise in ihren entsprechenden Gehäusen, so. dass nur die entsprechende Führungsfläche mit der gebördelten Lippe in Eingriff stehen kann. Die Vorwärtsbewegung des Kolbens bzw. Stempels 50 gegen die Federwirkung 53 ist ebenso begrenzt.
Wie bereits darauf hingewiesen wurde, sieht die beschriebene Vorrichtung ein Vorbiegen der aufrechtstehenden Lippen des Behälters vor. Somit werden beim Betrieb die Trag- und Verschlussteile des Behälters gegeneinander bewegt, wobei der Behälter, insbesondere die Auflagefläche 42 des Tragteils und eine Abdeckung 14, die an den Flächen 118, 119 des Behälters angeordnet sind, auf dem Tragteil ruhen. Es versteht sich von selbst, dass entweder ein Teil oder beide Teile der Pressform bewegt werden können; in diesem Fall wird jedoch der untere Tragteil bewegt und der obere Teil der Pressform bleibt starr und ortsfest.
In Fig. 3, 3a und 3b der Zeichnungen ist zu beachten, dass beim Aufeinanderbewegen des oberen und unteren Teils der Pressform, der gerollte, obere Teil der Lippe 218 anfangs in die Führungsfläche 610 des Stempels 50 eingreift. Während sich die Steigung der Führungsfläche je nach Verwendung ändert, hat man festgestellt, dass eine Steigung, die mit einer senkrechten Lippe beispielsweise einen Winkel von 20 bis 60 bildet, zur Bearbeitung am besten geeignet ist.
Eine fortgesetzte Bewegung der Pressform, die zum Verschliessen des Behälters dient, bewirkt, dass sich eine Kraftkomponente, die senkrecht zu der Führungsfläche 60 wirkt, gegen die gebördelte Lippe 218 richtet, wodurch bewirkt wird, dass die Lippe zu Beginn der Phase nach innen umgelegt wird, selbst wenn die Lippe infolge der vorausgegangenen Fertigungsverfahren eine geringe Neigung nach aussen aufweist.
Ein weiteres Verschliessen der Pressteile resultiert in einem weiteren Umlegen der aufrechtstehenden Lippe. Fig. 3a zeigt eine Mittelstellung der Pressformteile, indem sie die Biegewirkung der Stempel darstellt.
Bei fortgesetzter Bewegung der Teile zueinander wird die aufrechtstehende Lippe flach gegen den Rand der Abdeckung 14, wie in Fig. 3b gezeigt ist, gepresst. An dieser Stelle bewirkt die Auflagefläche 42, dass sich der Stempel 50 in seine Bohrung 51 zurückzieht.
Wie bereits darauf hingewiesen wurde, ist der obere Teil 45 der Pressform, der zum Verschliessen des Behälters dient, eine zweistückige Ausführung, die die Führungsplatte 48 und den Matrizenring 47 aufweist.
In Fig. 4 sind die Führungsplatte 48 und der Matrizenring 47 mittels geeigneter Federn 70, die in einem entsprechenden Federaufnahmegehäuse 72 angeordnet und in einer Gegenbohrung 74 im Teil 48 eingepasst sind, auseinandergespannt.
Flache Federhalterungsbohrungen 76 sind an der oberen Fläche des Matrizenrings 47 angebracht.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht ist das innere Profil des Matrizenrings mit einer Ausnehmung versehen, die jeweils die Wände 78 und 80 begrenzt. Während des Betriebes der Pressformteile bewegen sich diese Teile immer näher zueinander, und die nach oben wirkende Kraft zwingt den umgebogenen Lippenteil 218 mit der seitlichen Umbördelungsfläche 80 auf der inneren Seite des Matrizenrings 47 in Eingriff zu stehen. Die Kraft reicht aus, um den Matrizenring nach oben gegen die Vorspannung der Feder 70 so zu bewegen, dass sie mit dem Tragteil 48 (siehe Fig. 3b) in Eingriff gebracht werden kann. Diese Kraft reicht auch aus, um -ein endgültiges Umlegen der Lippe 218 gegen die Fläche 118 zu bewirken. Auf diese Weise wird ein einwandfreier dichter Behälterverschluss erzielt.
In Fig. 4, die einen Querschnitt entlang den Linien IV-IV von Fig. 1 darstellt, ist zu beachten, dass an der Ecke des Behälters kein Kolben zum Vorbiegen der Lippe vorgesehen ist.
Es hat sich herausgestellt, dass in diesen besonderen Bereichen derartige Probleme bezüglich des Vorbiegen nicht auftreten, und dass die Festigkeit der Seitenwände 219 an diesen Stellen derart ist, dass ein zweckmässiges Verschliessen beim Eingreifen der aufrechtstehenden Lippe 219 erreicht wird, und dass sie gegen die Fläche 80 des Matrizenrings 47 gebogen wird.