Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dauerhaften hermetischen Schweissnaht zwischen den Kunststoffschichten zweier Kunststoff-Metall-Schichtkörper unter Beaufschlagen mit Druck und Wärme der zu verschweissenden Flächen, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckaufbau auf den Siegeldruck innerhalb einer Zeitspanne erfolgt, die weniger als 20% der Siegeldauer beträgt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Auf dem Gebiet der Konservierung von Lebensmitteln durch Hitze-Sterilisation in Metallbehältern setzt sich mehr und mehr die Verwendung von Leichtmetallbehältern durch, insbesondere bei Verwendung von relativ grossen Behältern mit einem Fassungsvermögen von über 1000 ml. Derartige Leichtmetallbehälter bestehen aus einer Leichtmetallfolie, die mit einem heisssiegelfähigen Kunststoff beschichtet ist. Das hermetische Verschliessen derartiger Behälter erfolgt durch Verbinden des Deckelrandes mit dem Schalenrand dergestalt, dass durch Beaufschlagen einer geeigneten Temperatur und eines geeigneten Drucks während einer geeigneten Zeitspanne die beiden Kunststoffschichten miteinander homogen verbunden werden.
Bei derartigen Heisssiegelungen ist es erforderlich, eine relativ grosse Fläche zu verschliessen, die oft noch durch den Füllvorgang mit dem zu konservierenden Gut verschmutzt ist und wegen des Arbeitstaktes vom Bedienungspersonal nur grob durch Abwischen gesäubert werden kann, so dass zumindest noch Feuchtigkeit auf den heiss zu siegelnden hydrophoben Flächen vorliegt. Nur bei Einhalten eng begrenzter Toleranzen der Parameter Temperatur, Druck und Zeit ist es möglich, die Heisssiegelung einwandfrei zu gestalten.
Neben der Messbarkeit müssen die einschlägigen Werte auch einstellbar sein und die einmal eingestellten Werte dürfen sich nicht ändern, denn, wenn auch nur eine sehr geringfügige Fehlstelle in der Heisssiegelnaht vorliegt, führt dies unweigerlich zum Verderben des Gutes, und bis zum Feststellen derartiger Fehler kann somit eine sehr erhebliche Fehlproduktion mit den sich daraus ergebenden Konsequenzen angelaufen sein.
Das Einregulieren der Temperatur stellt keine besonderen Probleme dar, da eine Feinregulierung durch entsprechend angeordnete Temperaturfühler eingestellt werden kann. Besonders kritisch sind jedoch die Druckbedingungen sowie der Zeitfaktor, worunter zu verstehen ist, sowohl die Zeitspanne, während der der eigentliche Siegeldruck wirksam ist, als auch die Zeitspanne, die bis zum Aufbau des Heisssiegeldruckes und bis zu seinem Abbau auf Normaldruck erforderlich ist. Innerhalb eines von der Kunststoffart und Temperatur abhängigen möglichen Siegeldruckbereiches gilt, dass je höher der Druck, desto kürzer die Siegelzeit sein kann, und um so besser werden die vom Füllvorgang her auf den Siegelflächen vorliegenden Verschmutzungen aus der Siegelzone herausgedrückt.
Weiterhin sollte die für den Aufbau des vollen Siegeldrucks erforderliche Zeit nicht mehr als 20% der gesamten Siegelzeit betragen. Unter dem Ausdruck Siegelzeit ist die Zeitspanne zwischen Beginn und Ende der Berührung vom oberen und unteren Siegelwerkzeug unter Zwischenschaltung der heiss zu siegelnden Flächen zu verstehen.
Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse die erforderlichen Druckkräfte mittels Strömungsmedien oder durch Kurvengetriebe zu erzielen.
Das Erzielen des Siegeldrucks mittels eines Gases, wie z.B.
Luft, hat den Nachteil eines langsamen Druckaufbaues, bedingt durch die Kompressibilität des Gases, wodurch Füllgutrückstände nicht mit Sicherheit von der Siegelfläche wegge quetscht werden und am Kunststoff festbrennen, wodurch ein hermetischer Verschluss unmöglich gemacht wird.
Die Einstellung der Siegelzeit erfolgt z.B. über eine Zeitschaltuhr, die ein Ventil steuert, das ein Zylinder-Kolben-Aggregat nach der eingestellten Zeit umsteuert. Da derartige Einrichtungen stets hohen relativen Luftfeuchtigkeiten ausgesetzt sind, lässt sich die Bildung von Kondenswasser im Luftsystem nicht verhindern. Hierdurch werden dann nach einiger Zeit Schaltungenauigkeiten eintreten, so dass eine ständig reproduzierbare Siegelzeit nicht gewährleistet ist. Da das Zylinder Kolben-Aggregat für jeden Verschlussvorgang zweimal gefüllt werden muss, ergibt sich auch ein hoher Luftverbrauch und weiterhin führen Druckschwankungen im Druckluftsystem zu unterschiedlichen Siegeldrücken.
Das Erzielen des Siegeldrucks mittels einer Flüssigkeit hat im wesentlichen die gleichen Nachteile, wie die vorerwähnte Verwendung 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 wurde bereits darauf hingewiesen, dass es sich hierbei um einen kritischen Parameter handelt, und es können leicht Schaltungenauigkeiten durch die erforderlichen Hydraulikventile entstehen.
Das Erzielen des Siegeldrucks mittels eines Kurvengetriebes unter Verwendung 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 und die Federungselemente zeigen nach einiger Zeit Ermüdungserscheinungen, so dass ein Auswandern aus dem kritischen Druckbereich erfolgt.
Nach diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen kann es trotz Einhalten der als optimal festgestellten Werte der Zeitdauer des Siegeldrucks, der Höhe des Siegeldrucks und der Temperatur sowie entsprechendem Nachstellen dieser Werte immer noch zu einer nicht unerheblichen Anzahl feh lerhaften Siegelungen bei Konservenbehältem mit einem Fassungsvermögen über 1000 ml kommen, was sich durch ein Bombieren des Behälters nach einiger Zeit bemerkbar macht, also die Siegelung nicht hermetisch war und zu einem Verderben des Inhalts führte.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dessen Anwendung die für eine einwandfreie Heisssiegelung erforderlichen Parameter festgestellt und stets reproduzierbar erreicht werden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druckaufbau auf den Siegeldruck innerhalb einer Zeitspanne erfolgt, die weniger als 20% der Siegeldauer beträgt.
Durch diese Lösung der Aufgabe wird also ein vierter Parameter im Zusammenhang mit dem Siegelvorgang angegeben.
Langwierige Untersuchungen haben gezeigt, dass die Zeitspanne des Druckaufbaues bis zum Siegeldruck nicht grösser als 20% der Zeitspanne des Wirkens des Siegeldrucks sein soll und sich vorzugsweise auf Werte wesentlich darunter beläuft, insbesondere unter 10% und ganz besonders bevorzugt bei 3 bis 5% liegt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuerung der Grösse und Dauer des Siegeldrucks ein hydraulikbetätigter Kniehebel vorhanden ist, der am einen Ende am einen Teil eines pneumatisch betätigbaren Zylinder-Kolben-Aggregats anlenkbar ist. Dieses Aggregat kann, da praktisch kein Luftverlust entsteht, unabhängig vom Druckluftnetz mit einer Presslufttlasche gespeist werden.
Die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Kinematik geschaffen wird, durch die mehrere Parameter so reguliert werden können, dass der Siegeldruck sehr schnell aufgebaut und abgebaut werden kann, dass die Dauer des Siegeldrucks genau eingestellt werden kann, ohne dass zu befürchten ist, dass die einmal eingestellten Werte sich über längere Zeiträume hin ändern, so dass in zuverlässiger Weise mit ausserordentlich geringer Ausschussquote die relativ grossen Behälter hermetisch verschlossen werden können.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung im Längsschnitt,
Fig. 2 ein Druck-Zeit-Diagramm einer mit einem Strömungsmedium betätigten bekannten Vorrichtung, und
Fig. 3 ein Druck-Zeit-Diagramm der erfindungsgemassen Vorrichtung.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung hat ein oberes Grundgestell la, ein unteres Grundgestell lb, eine obere Gestellplatte 2a, die ein oberes Siegelwerkzeug 3a trägt und eine untere Gestellplatte 2b, die ein unteres Siegelwerkzeug 3b trägt. Ein Kniehebel 4 ist mit seinem oberen Ende an einem im oberen Grundgestell la geführten Gestänge, das die untere Gestellplatte 2b mit dem unteren Siegelwerkzeug 3b trägt, angelenkt.
Das untere Ende des Kniehebels ist an einem im unteren Grundgestell lb geführten Gestänge, das mit dem Kolben 5 eines Luftzylinders 6 in Verbindung steht, angelenkt. Der Antrieb des Kniehebels 4 erfolgt über die Kolbenstange 8 eines hydraulisch betätigbaren Zylinder-Kolben-Aggregats 7.
In der Ausgangsstellung steht der Kniehebel 4 etwa 450 zur gestreckten Mittellage. Bei Auslösen eines Arbeitstaktes wird der Kniehebel 4 gestreckt und das untere Siegelwerkzeug 3b in Richtung auf das obere Siegelwerkzeug 3a zu bewegt. Etwa 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 im pneumatischen Zylinder-Kolben-Aggregat 5, 6, das unter einem vorgegebenen Luftdruck steht.
Somit braucht weder im Aggregat 5, 6 noch im Aggregat 7 aufgrund des günstigen Übersetzungsverhältnisses des Kniehebels 4 ein Druck aufgebaut zu werden. Die Siegelzeit dauert solange, bis der Kniehebel 4 durch seine gestreckte Lage hindurch bis etwa 150 zu der anderen Seite bewegt worden ist.
Die Siegelzeit ist nunmehr beendet und der Kolben 5 im Luftzylinder 6 befindet sich wieder in der ursprünglichen Lage, und beim Weiterfahren des Hydraulikkolbens vom Aggregat 7 bis in seine ausgefahrene Endlage, wobei sich der Kniehebel 4 in einer zur dargestellten Lage spiegelbildlichen Lage befindet, ist dann das untere Siegelwerkzeug 3b wieder in die Ausgangslage abgesenkt worden. Der nächste Siegelvorgang wird durch die Einfahrbewegung des Hydraulikkolbens ins Innere des Zylinders vom Aggregat 7 inganggesetzt. Die Kolbenstange 8 geht durch den nicht dargestellten Kolben des Aggregats 7 hindurch. Hierdurch ergeben sich bei Vor- und Rücklauf gleich grosse Kolbenflächen und somit eine gleiche Geschwindigkeit.
Wie die Fig. 2 zeigt, beträgt beim bekannten Verfahren das Verhältnis der Zeitspanne zwischen dem Aufbau des Druckes bis zum Siegeldruck etwa 1: 2, so dass die Zeitspanne für den Aufbau des Siegeldrucks etwa 30% der Zeitspanne bis zum Beginn des Abbaues des Siegeldrucks beträgt.
Wie die Fig. 3 zeigt, liegt beim erfindungsgemässen Verfahren angenähert eine Rechteckkurve bezüglich des Aufbaues des Siegeldrucks, der Dauer des Siegeldrucks und des Abbaues des Siegeldrucks vor, wobei die Zeitspanne bis zum Erreichen des Siegeldrucks angenähert 5% der Dauer des Siegeldrucks beträgt.
The invention relates to a method for producing a permanent hermetic weld seam between the plastic layers of two plastic-metal laminated bodies under the application of pressure and heat to the surfaces to be welded, characterized in that the pressure build-up on the sealing pressure takes place within a period of time which is less than 20% the duration of the seal.
The invention also relates to a device for carrying out the method.
In the field of preserving food by heat sterilization in metal containers, the use of light metal containers is gaining ground, especially when using relatively large containers with a capacity of over 1000 ml. Such light metal containers consist of a light metal foil that is heat-sealed with a Plastic is coated. Such containers are hermetically sealed by connecting the lid edge to the shell edge in such a way that the two plastic layers are homogeneously connected to one another by applying a suitable temperature and a suitable pressure for a suitable period of time.
With such heat seals, it is necessary to close a relatively large area that is often still soiled by the filling process with the goods to be preserved and can only be roughly cleaned by wiping it by the operating staff due to the work cycle, so that at least moisture is still hot sealing hydrophobic surfaces is present. It is only possible to design the heat seal properly if tight tolerances for the parameters temperature, pressure and time are adhered to.
In addition to the measurability, the relevant values must also be adjustable and the values, once set, must not change, because if there is even a very minor defect in the heat-sealed seam, this inevitably leads to the spoilage of the goods, and until such errors are detected a very significant defective production with the resulting consequences.
Adjusting the temperature does not pose any particular problems, as fine adjustment can be made using appropriately positioned temperature sensors. Particularly critical, however, are the printing conditions and the time factor, which is to be understood as the time span during which the actual sealing pressure is effective, as well as the time span required for the hot-sealing pressure to build up and for it to be reduced to normal pressure. Within a possible sealing pressure range that depends on the type of plastic and temperature, the higher the pressure, the shorter the sealing time, and the better the contaminants present on the sealing surfaces from the filling process are pressed out of the sealing zone.
Furthermore, the time required to build up the full sealing pressure should not be more than 20% of the total sealing time. The term sealing time is to be understood as the period of time between the beginning and the end of contact with the upper and lower sealing tool with the interposition of the surfaces to be hot-sealed.
It is known to achieve the necessary pressure forces by means of flow media or cam gears to meet these requirements.
Achieving the sealing pressure by means of a gas, e.g.
Air has the disadvantage of slow pressure build-up due to the compressibility of the gas, which means that product residues are not definitely squeezed away from the sealing surface and stick to the plastic, which makes a hermetic seal impossible.
The setting of the sealing time takes place e.g. Via a timer that controls a valve that reverses a cylinder-piston unit after the set time. Since such facilities are always exposed to high relative humidity, the formation of condensation in the air system cannot be prevented. As a result, switching inaccuracies will occur after some time, so that a continuously reproducible sealing time is not guaranteed. Since the cylinder piston unit has to be filled twice for each sealing process, there is also a high air consumption and pressure fluctuations in the compressed air system also lead to different sealing pressures.
Achieving the sealing pressure by means of a liquid has essentially the same disadvantages as the aforementioned use of a gas, with the exception of those which are due to the compressibility and the formation of condensed water; However, here too the pressure build-up is relatively slow, and it has already been pointed out that this is a critical parameter, and switching inaccuracies can easily arise due to the hydraulic valves required.
Achieving the sealing pressure by means of a cam gear using cam disks or cam cylinders leads to a rapid pressure build-up, but since the upper and lower sealing tools need to be cushioned by plates, screws or rubber springs, the sealing pressure can only be set to a certain required value with difficulty and the suspension elements show signs of fatigue after some time, so that they migrate out of the critical pressure range.
According to these known methods and devices, despite adherence to the values determined as optimal for the duration of the sealing pressure, the level of the sealing pressure and the temperature and corresponding readjustment of these values, there can still be a not inconsiderable number of faulty seals in canned containers with a capacity of more than 1000 ml come, which becomes noticeable after a while by a bulging of the container, i.e. the seal was not hermetic and led to the contents spoiling.
The invention is now based on the object of creating a method which, when used, can determine the parameters required for perfect heat sealing and which can always be achieved in a reproducible manner.
The method according to the invention is characterized in that the pressure build-up on the sealing pressure takes place within a period of time which is less than 20% of the sealing duration.
This solution to the problem thus specifies a fourth parameter in connection with the sealing process.
Lengthy examinations have shown that the time span from the pressure build-up to the sealing pressure should not be greater than 20% of the time span of the effect of the sealing pressure and preferably amounts to values significantly below, in particular below 10% and very particularly preferably 3 to 5%.
The device according to the invention is characterized in that a hydraulically operated toggle lever is provided to control the size and duration of the sealing pressure, which can be articulated at one end to a part of a pneumatically operated cylinder-piston unit. Since there is practically no loss of air, this unit can be fed with a compressed air cylinder independently of the compressed air network.
The advantages achieved with the device according to the invention consist in particular in the fact that kinematics are created by means of which several parameters can be regulated so that the sealing pressure can be built up and reduced very quickly, that the duration of the sealing pressure can be set precisely without having to it is feared that the values once set will change over longer periods of time, so that the relatively large containers can be hermetically sealed in a reliable manner with an extremely low reject rate.
An embodiment of the subject of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below. Show it:
1 shows a schematic representation of the device according to the invention in longitudinal section,
2 shows a pressure-time diagram of a known device actuated with a flow medium, and FIG
3 shows a pressure-time diagram of the device according to the invention.
The device according to the invention has an upper base frame la, a lower base frame lb, an upper frame plate 2a which carries an upper sealing tool 3a and a lower frame plate 2b which carries a lower sealing tool 3b. A toggle lever 4 is articulated with its upper end to a linkage guided in the upper base frame 1 a, which carries the lower frame plate 2 b with the lower sealing tool 3 b.
The lower end of the toggle lever is articulated to a linkage which is guided in the lower base frame 1b and which is connected to the piston 5 of an air cylinder 6. The toggle lever 4 is driven via the piston rod 8 of a hydraulically actuated cylinder-piston unit 7.
In the starting position, the toggle lever 4 is approximately 450 to the stretched central position. When a work cycle is triggered, the toggle lever 4 is stretched and the lower sealing tool 3b is moved in the direction of the upper sealing tool 3a. Approximately 150 in front of the extended position of the toggle lever, the lower sealing tool 3b moves against the stationary upper sealing tool 3a. The number of degrees mentioned here is only to be understood as an example; the arrangement can be set so that the two sealing tools touch in an angular range of the toggle lever of 5 to 200.
At this point in time, the actual sealing process begins due to the sudden build-up of pressure in the pneumatic cylinder-piston unit 5, 6, which is under a predetermined air pressure.
Thus, pressure does not need to be built up either in the unit 5, 6 or in the unit 7 due to the favorable transmission ratio of the toggle lever 4. The sealing time lasts until the toggle lever 4 has been moved through its extended position to about 150 to the other side.
The sealing time has now ended and the piston 5 in the air cylinder 6 is again in its original position, and when the hydraulic piston continues from the unit 7 to its extended end position, the toggle lever 4 being in a position that is a mirror image of the position shown the lower sealing tool 3b has been lowered back into the starting position. The next sealing process is started by the unit 7 when the hydraulic piston moves into the interior of the cylinder. The piston rod 8 passes through the piston, not shown, of the unit 7. This results in piston surfaces of the same size for forward and reverse travel and thus the same speed.
As FIG. 2 shows, in the known method the ratio of the time span between the build-up of the pressure to the sealing pressure is about 1: 2, so that the time span for the build-up of the sealing pressure is about 30% of the time until the start of the decrease in the sealing pressure .
As FIG. 3 shows, the method according to the invention provides approximately a rectangular curve with regard to the build-up of the sealing pressure, the duration of the sealing pressure and the reduction in the sealing pressure, the time until the sealing pressure is reached being approximately 5% of the duration of the sealing pressure.