DE1586325A1 - Verfahren zum Aufbringen einer Verschlussmembran auf einen Behaelter - Google Patents

Description

Dr. O. DITTMANN PATENTANWÄLTE - - - München 90, Bereiterangerstr. 15 DA-874

Telefon 2973 6a

Beschreibung zu der Patentanmeldung

der Firma

UKITiSD GLASS LIMI TED

Kingston Road,

Staines, Middlesex/.Sngland

betreffend

Verfahren zum Aufbringen einer Verschlußmembran auf einen Behälter

Priorität vom 25. Oktober 1966, Nr₀ 47845/66, England

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen von Verschlußmembranen auf Behälter und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

JSa ist bekannt, daß Produkte wie Trockenmilchpulver und Sohnellkaffeepulver (Instant-Kaffee), die in Behälter gegeben werden, mit Hilfe einer Membran verschlossen werden müssen, damit der Zutritt von Feuchtigkeit und Gasen verhindert wird: außerdem soll die Membran den unbefugten Zugang zu dem BehHlterinhalt verhindert

Die übliche Methode, um solchen Verschluß anzubringen, besteht darin, daß man die Verschlußkapseln mit gewachsten Kartoneinlagen bzw. -Polstern oder mit sonstigen Polstereinlagen versieht, auf die Doppel-Glassinpapier-Membranen leicht hitzegesiegelt sind. Während des Aufbringens der Verschlußkapseln werden die Verschlußöffnungen (d.h. die Mündungen) der Behälter zunächst ilebrig gemacht, indem man sie unter Leimauftragswalzen vorbeiführt. Dann werden die Kapseln auf die Behälter aufgebracht und im Verlauf dieses Vorganges trocknet der Klebstoff. Wenn die Kapseln später abgeschraubt werden, trennen sich die Membranen von den gewachsten Polstern ab und bleiben an der Mündung der Behälter haften. In manchen Fällen können anstelle der Doppel-Glas sinpapier-Membranen Metallfolien-Membranen verwendet werden«,

Es ist natürlich wesentlich, daß die Membranen unverletzt bleiben, wenn die Verschlußkapseln von den Behältern entfernt werden, so daß man dadurch erkennen kann, daß der Behälterinhalt nicht unbefugt berührt worden ist.

Die mit Hilfe von Klebstoffüberzügen auf die Behältermündung aufgebrachten Membranen haben den Nachteil, daß der Klebstoff etwas Zeit zum Trocknen benötigt und der entstandene Wasserdampf von dem Inhalt der Behälter absorbiert wird, iis ist auch schwierig, die Wirksamkeit des Verfahrens am rinde der Verpackungsstraße zu überprüfen, da der Klebstoff dann noch nicht vollständig getrocknet ist und infolgedessen die Kapseln sicher nur viel später entfernt werden können.

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Obwohl das oben beschriebene Verfahren eines von denen ist, die auch jetzt noch in technischem Umfang verwendet werden, sind bereits verschiedene Verfahren bekanntgeworden, bei denen man WHrme aufbringt, um ein thermoplastisches Material an der Verschlußzwischenflüche zu erweichen oder zu schmelzen. Diese Verfahren haben entweder grundsätzliche Nachteile oder sie wurden zum Verschließen einer Metallkapsel als nicht anwendbar angesehen.

Es ist deshalb das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Verschließen von Membranen auf Behälter mit bereits darauf aufgebrachten Metallkapseln anzugeben, die einen hermetischen gasdichten Verschluß ergeben. Das Verfahren kann in einer einzigen Stufe durchgeführt werden und ermöglicht sehr hohe Verschlußgeschwindigkeiten. Derartige Membranen können leicht entfernt werden, ohne daß sie den Behälter beschädigen oder verziehen. Diese Aufgabe wird erreicht, indem man die Metallkapsel als einen wesentlichen ganzen Bestandteil der Verschlußanordnung anwendet.

Erfindunpsgemäß besteht das Verfahren zum Aufbringen einer Verschlußmenbran auf einen Behälter darin, daß man die Membran zwischen einer Metallkapsel und der Behältermündung einouetscht, das Metall der Kapsel mit Hilfe von hochfrequentem Induktionsstrom auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um das thermoplastische Material zu erweichen, das in dem Material der Membran ent-

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halten ist oder das sich darauf als i'berzug befindet oder das auf dem Material der Behälteröffnung als "berzug aufgebracht ist, wodurch die Membran entfernbar an dem Behälter haftet, ohne den Behälter zu verziehen oder zu beschädigen,

Jßs ist darauf hinzuweisen, daß das Metall der Kapsel induktiv erhitzt wird und daß diese Wärme durch Leitfähigkeit auf die Verschlußzwischenflache übertragen wird, d.h„ auf die Membran und die Behältermündung. Dadurch wird das thermoplastische Material erweicht, das an dieser Zwischenfläche vorhanden sein muß und der zwischen der Metallkapsel und der Behältermündung auftretende Druck bewirkt einen guten Verschluß ohne Verziehen des Behälters,

Es wird im allgemeinen vorgezogen, daß das thermoplastische Material sich in oder auf der Membran in geeigneter V/eise als ein Überzug auf einer Scheibe aus Metall oder Nichtmetall befindet, damit die Membran eine genügende Festigkeit aufweist. In diesem Zusammenhang wird der Ausdruck "^fiberzug" in seiner allgemeinen Bedeutung verwendet. Jir bezieht sich also sowohl auf normale überzüge, bei denen ein flüssiges thermoplastisches Material als ^f'berzug auf die Membran aufgebracht wird, das man dann sich verfestigen läßt, als auch auf ein mehrschichtiges Produkt, das durch Laminierungsmethoden erhalten worden ist. Beispielsweise kann man vorgeformte Mernbranscheiben an vorgeformte Scheiben eines

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thermoplastischen Materials haften lassen, wobei dieses Haften entweder vor dem Verschließen oder während des Verschließen bewirkt wird.

Die Verschlußmembran kann aus Metall oder einem nichtmetallischen Werkstoff bestehen. Es kann sich um irgend eine Metallfolie handeln, jedoch hat sich gezeigt, daß Aluminiumfolie besonders wirtschaftlich ist und auch Zinnfolien ergeben eine sehr gute Membran Ein anderes Beispiel ist eine Zinn-Antimon-Folie. Vor der Auswahl des Metalls für die Membran sollte man natürlich berücksichtigen, welcher Inhalt in dem zu verschließenden Behälter vorgesehen ist. Das Metall der Membran muß gegenüber dem Behälterinhalt inert sein. Die Dicke der Membranfolie sollte so gering wie möglich sein, so weit, daß keine Fehlstellen auftreten und daß die Folie leicht zu handhaben ist. Normalerweise liegt diese Dicke zwischen 0,025 und 0,05 mm. Zu den nichtmetallischen Membranen gehören unter anderem Papier, Glassin, Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Styrol-Mischpolymere, Celluloseacetat, Polycarbonate und Phenoxyharae.

Man kann auch eine Membran verwenden, die nur aus einer Schicht von thermoplastischem Material besteht, doch wird dies im allgemeinen nicht bevorzugt, da sie sonst zu dick für die meisten Zwekke sein müßte, damit sich bei der entstandenen Membran eine genügende Festigkeit einstellt,

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Der thermoplastische Überzug kann alternativ oder zusätzlich auf die Behälterrnündung aufgebracht werden, doch eignet sich diese Maßnahme nicht so gut für das Aufbringen von Verschlüssen bei einer Massenproduktion. Der zu verwendende thermoplastische Kunststoff sollte in jedem Pail einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Materis.l des Behälters haben, um eine Zerstörung bzw, ein Verziehen der Behältermiindung während des Verschließens zu vermeiden. Das thermoplastische Material ist aweckmäßig ein Äthylen-Mischpolymer, welches Metallionen enthält: es steht im Handel unter dem Warenzeichen Surlyn zur Verfügung. Surlyn kann als Überzug auf die Membran durch Strangpressen oder durch Laminieren aufgebracht werden. Ein anderes thermoplastisches Material, welches sich mit Hilfe von Walzenauftragungsverfahren aufbringen läßt, ist das Vinylacetat-Mischpolymer dex^: oliawinigan Chemical Company: es steht unter der Warenbezeichnung MPS 270 zur Verfügung. Da man mit Walzen im allgemeinen beträchtlich dünnere Filme auftragen kann als durch Sxtrusionsüberzugsverfahren, ist es ratsam, die Membran zunächst mit einem Schutzfilm wie Polyvinylidenchlorid zu überziehen, um eine maximale Undurchlässigkeit gegen Wasserdampf und Gase zu erzielen.

Das thermoplastische Material kann entweder ein Vinylite-Harz, ein natürliches oder synthetisches Wachs, ein mikrokristallines Wachsgemisch, Polyäthylen oder Polypropylen oder einer der vielen hitzesiegelbaren überzüge sein, die im Handel zur Verfügung ste-

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hen und im wesentlichen aus Mischungen von Kunststoffmaterialien und Harzen bestehen. Beispiele hierfür sind solche, die unter den Warenzeichen Telstic, Delseal, Imseal, Thermostik und Elvax zur Verfugung stehen.

Das thermoplastische Material kann als Ganzes auf die Membranunterseite aufgebracht werden oder es kann in Form eines kreisförmigen Ringes an dessen Umfang als überzug aufgebracht werden. Die erstere Maßnahme wird bevorzugt, wenn die Membranen in grossen Stückzahlen aus einer Materialbahn ausgestanzt werden, da die Bahn vorher in geeigneter Weise überzogen werden kann. Wenn sich ein Überzug des thermoplastischen Materials auf der Oberseite der Membran befindet, muß man dafür Sorge tragen, daß ein Haften dieses oberen Überzugs an der Metallkapsel oder an irgendwelchen Bestandteilen innerhalb der Metallkapsel, die in der Metallkapsel zurückbleiben sollen, wenn die Kapsel entfernt wird, vermieden wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man eine Papierschicht auf die Oberseite der Membran legt.

Der Behälter kann beispielsweise aus Glas, Metall oder keramischem Material bestehen. Kr könnte auch aus plastischem Material gefertigt sein, doch müßte dieses natürlich einen höheren Schmelzpunkt besitzen und die Verwendung von Kunststoffmaterial für Behälter ist nicht vorzuziehen.

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Es hat sich oft als notwendig erwiesen, ein Polster aus nachgiebigem Material zwischen der Kapsel und der Membran vorzusehen. Dies deshalb, weil ein nachgiebiger bzw. elastischer Druck auf die Membran ausgeübt werden kann. Die Behältermündung ist selten genau glatt und eben, besonders wenn der Behälter aus Glas besteht. Unter diesen Umständen kann ein wirksamer Verschluß nur erhalten werden, wenn die Membran in innige Berührung mit der Behältermündung mit Hilfe eines nachgiebigen Drucks gebracht wird, der gewährleistet, daß die Membran in die Vertiefungen der rohen BehHltermündung gedrückt wird.

Das nachgiebige bzw. elastische Polster kann aus irgend einem Material bestehen, das nachgiebige Eigenschaften besitzt, z.B. Karton, natürliche oder synthetische Kautschuks, geschäumte und gestreckte Kunststoffe, Polyurethane und andere Kunststoffmaterialien, natürlicher Kork und Korkmassen.

Das nachgiebige Polster besteht normalerweise aus einem isolierenden Material, welches das thermoplastische Material gegenüber der Wärme im oberen Teil der Kapsel abschirmen würde. Es hat sich aber überraschend gezeigt, daß zu dem thermoplastischen Material genügend Wärme seitlich von den Seitenwänden der Metallkapsel abgeleitet wird.

Wenn die fertige Membran ein Laminat ist, können die gesonderten Schichten des Laminats in ihre Lage zwischen die Kapsel und den

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Behälter gebracht und dann während des Verschließens miteinander verbunden werden, wenn das thermoplastische Material erweicht und als Klebstoff wirkt. Wenn in der Beschreibung angegeben ist, daß die Membran zwischen der Metallkapsel und dem Behälter eingepreßt wird, so wird der Ausdruck "Membran" verwendet, um auch übereinanderliegende Schichten z.B. aus Papier und einem thermoplastischen Material zu umfassen, die noch nicht aneinander haften.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es die Verschlußkapsel, welche tatsächlich den Druck ergibt, der die Membran nach unten auf die Behältermündung preßt, so daß keine von außen wirkenden Druckeinrichtungen erforderlich sind. Die Metallkapsel ist in diesem Fall eine Schraubkapsel, doch ist es natürlich möglich, daß auch Schnappkapseln einen genügenden Verschlußdruck ausüben können. Die Schraubenkapseln können ein kontinuierliches Gewinde zum Eingriff in ein entsprechendes Gewinde an dem Behälterhals haben, oder sie können mit einer Reihe von Nasen bzw· Zapfen ausgestattet sein, die in einen Rand am Behälterhals eingreifen oder mit einem mehrgängigen Gewinde an dem Behälterhals zusammenwirken. Demnach kann eine Metallschraubkapsel mit dem Polster aus nachgiebigem Material versehen sein, an dem schwach die Membran haftet· Die Kapsel kann dann auf den Behälter geschraubt werden und anschließend wird die gesamte Zueammenstellung dem Hochfrequenzinduktionsfeld ausgesetzt. Wenn

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anschließend die Kapsel entfernt wird, wird die schwache Haftung zwischen der Membran und dem Polster aufgebracht und die Membran wird als dichter Verschluß über der Behältermündung bleiben, wMhrend das Polster mit der Kapsel entfernt wird.

Das am meisten geeignete Verfahren für die Massenherstellung besteht darin, daß die Behälteranordnung mit der Kapsel, welche die Membran gegen die Behältermündung drückt, unter der Induktionsspule vorbeiläuft. Hier wird man normalerweise eine Fördereinrichtung verwenden, welche mehrere Behälteranordnungen unter der Induktionsspule vorbeiführt. Vorzugsweise liegt die Ebene der Induktionsspule vollständig oberhalb, doch nicht mehr als 7»6 cm (3 Zoll) oberhalb der Ebene der Kapseloberfläche.

Die Metallkapseln sind normalerweise mit einem Lack überzogen. Dies kann zu Schwierigkeiten bei dem vorliegenden Verfahren führen, da ein zu starkes Erhitzen der Metallkapsel eine Beschädigung des Lacks verursachen kann. Dies kann selbst dann auftreten, wenn der Lack ein wärmebeständiger Lack ist, wie man ihn normalerweise für das vorliegende Verfahren verwenden würde. Es ist deshalb vorzuziehen, daß der' Lack ein modifizierter ßpoxyharzlack, wie ein Epl-Phenol-Laek ist.

Es ist wichtig, daß die Induktionsspule so angeordnet ist, daß die Beschädigung des Lacks verringert oder vermieden wird. Die Spule sollte so angeordnet sein, daß sie vorzugsweise den Mantel-

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abschnitt der Kapsel erwärmt, während der obere Abschnitt der Kapsel weniger erwärmt wird, da es sich wie oben erwähnt erwiesen hat, daß dieser Teil befähigt ist, im Normalfall, wenn man ein nachgiebiges Polster zwischen der Membran und der Kapsel verwendet, Wärme direkt zu dem thermoplastischen Material abzuleiten.

Trotz dieser Vorsichtsmaßnahmen kann eine Beschädigung des Lacks in vielen Fällen dennoch auftreten und es wird deshalb bevorzugt, zwei Induktionsspulen zu verwenden, eine verhältnismäßig große und eine verhältnismäßig kleine, wobei das Feld der kleineren Spule im wesentlichen innerhalb des Feldes der großen Spule ist. Der Grundgedanke dieser Arbeitsweise besteht darin, daß ein auf der Fördervorrichtung ankommender Behälter zunächst unter das stromaufwärts gerichtete J3nde der größeren Spule gebracht wird, welche für ein mäßiges Aufheizen sorgt. Der Behälter kommt dann unter den Sondererhitzungseinfluß der kleinen Spule, welche einen momentanen Hitzestoß verursacht, der ausreichend ist, um das thermoplastische Material gründlich zu erhitzen, üin solcher Wärmestoß dauert jedoch nicht so lange, um den lack zu beschädi-

gen. Der Behälter bewegt sich dann entlang unter dem Einfluß der kleineren Warmestoßepule, jedoch noch unter dem Einfluß des stromabwärts gerichteten Endes der größeren Spule, die das thermoplastische Material lang genug erweicht hält, damit sich ein gründlicher Verschluß ausbildet. Demnach ist es vorzuziehen, daß sich das wirksame Feld der kleinen Spule im wesentlichen strom-

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aufwärts etwa in der Hälfte der größeren Spule "befindet, da der anfängliche Einfluß der größeren Spule allein nicht die lange Dauer gewährleistet. Der maximale Schutz der Lackschicht wird erreicht, wenn die Anordnung so ist, daß die Induktionswärme in der Metallkapsel durch die größere Spule allein nicht ausreichend ist, daß sich ein wirksamer MerabranverSchluß ausbildet.

Die größere Spule ist vorzugsweise wurstförmig, wobei sich die längere Abmessung in Bewegungsrichtung der Behälter erstreckt. Die kleinere Spule ist im wesentlichen kreisförmig. Die Querabmessung der beiden Spulen ist ungefähr gleich dem Durchmesser der Kapsel.

Eine geeignete Vorrichtung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, wobei

Fig. 1 eine Verpackungsstraße zum Verschließen von.Behältern: und Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von oben auf die Induktionsspulen der Fig. 1 zeigt.

Nach den Zeichnungen trägt ein Förderband 1 mehrere Behälter Metallkapseln sind auf die Mündung der Behälter 2 fest aufgeschraubt und unter Jeder Kapsel 3 befindet sich (nicht dargestellt) eine Membran über der Behältermündung und ein nachgiebiges Polster zwischen der Membran und der Kapsel. Die zusammengestellten Behälter laufen unter zwei Induktionsspulen vorbei,

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einer größeren Induktionsspule 4 und einer kleineren Induktionsspule 5. Jede Induktionsspule wird von der gleichen Stromquelle (nicht gezeigt) gespeist.

Beim Betrieh werden die Behälter 2 von dem Förderhand 1 von links nach rechts bewegt und werden verschlossen, wie dies im folgenden beschrieben ist.

In dem folgenden Beispiel wird das Aufbringen eines Verschlusses mit Hilfe der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung beschrieben.

Beispiel

Glasflaöchen mit einem Fassungsvermögen von 226,3 g (8 Unzen) Kaffee sollten verschlossen werden« In eine Kapsel aus 63 mm dickem Zinn wurde zunächst eingesetzt ein Kartonpolster mit einer Dicke von 0,076 cm (0,030 Zoll) und eine Membran aus Glassinpapier mit einer Dicke von 0,0076 cm (0,003 Zoll), das mit einer 0,0025 cm (0,001 Zoll) dicken Schicht von Surlyn überzogen war. Die Kapseln wurden dann fest auf jede Flasche aufgeschraubt und die Flaschen wurden auf das Förderband 1 gestellt, letzteres wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,75 m/Min (25 feet/min) angetrieben, was bedeutet, daß mehr als 100 Behälter pro Minute unter der Induktionsspule vorbeiliefen. Die größere

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Induktionsspule hatte einen Durchmesser von 50,8 χ 10,2 cm (20 χ 4 Zoll). Die kleinere Spule 5 hatte einen Durchmesser von 8,89 cm (3 1/2 Zoll). Beide Spulen wurden ans einem Kupferrohr vom Durchmesser 3»175 mm (1/8-tel Zoll) hergestellt, das mit Polytetrafluoräthylen isoliert war. Die Induktionsspulen wurden 1,9 cm (3/4 Zoll) oberhalb der Behälterkapseln auf dem Band 1 angebracht·

Ein Fye 3 kw Generator mit einem Ausgang von 100 <£ wurde als Stromquelle für die Induktionsspulen verwendet: beim Entfernen der Kapseln, nachdem die Behälter am Ende der Straße des Förderbandes 1 angekommen und abgekühlt waren, zeigten sich gute Verschlüsse zwischen der Membran und der Behältermündung. Die Lackschicht war nur ganz unbedeutend beschädigt»

Patentansprüche

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Claims (1)

1S86325

Patentanspriiche

U Verfahren zum Aufbringen einer VerschluQmembran auf einen Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß man die Membran zwischen einer Metallkapsel und der Behältermündung einquetscht und das Metall der Kapsel mit Hilfe eines hochfrequenten Induktionsstromes so hoch erhitzt, daß ein thermoplastisches Material, welches sich als t'bersug auf der Membran oder in dem Material der Membran oder als überzug auf dem Material der Behältermiindung befindet, erweicht, wodurch die Membran entfernbar an dem Behälter haftet, ohne ihn zn verziehen oder zu beschädigen«

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polster aus nachgiebigem Material zwischen der Kapsel und der Membran vorsieht«

3» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallkapsel auf den Behälter aufschraubt, um die Membran während des Jirhitzens gegen die Behnlterniündung zu pressen.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man den Behälter mit der Kapsel, welche die Membran gegen die Beh&ltermündung presst, unter einer Induktionsspule vorbeilaufen läßt,

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Behälter auf einer Fördervorrichtung unter der Induktionsspule vorbeilaufen läßt.

6« Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ebene der Induktionsspule oberhalb, jedoch nicht mehr als etwa 7,6 cm oberhalb der Ebene der Kapseloberseite anordnet.

7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Behälter unter einer verhältnismäßig großen Induktionsspule und einer verhältnismäßig kleinen Induktionsspule vorbeilaufen läßt, wobei sich das Induktionsfeld der letzteren Spule im wesentlichen innerhalb dee Feldes der ersten Induktionsspule befindet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das wirksame Feld der verhältnismäßig kleinen Spule im wesentlichen stromaufwärts (in Beziehung zur Bewegung der Behälter) etwa in der Hälfte des Feldes der relativ großen Spule anordnet,

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9· Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e η η -<· zeichnet, daß man mit der verhältnismäßig größen Spul in der Metallkapsel eine Induktionswärrae erzeugt, die nicht ausreicht, um einen wirksamen Membranverechluß »u ergeben»

10, Verfahren nach Anepruoh 4 bis 9, dadurch g e k e η » » zeichnet, daß Dian die Breite der beiden Spulen (d,h_# ihre Abmessung im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung der Behälter) im wesentlichen gleich dem Durchmesser der auswählt.

11, Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, dad man eine Membran mit einer Schicht nichtmetallischen Materials verwendet, auf dem sich ein P zug eines therraoplastieehen Materials befindet»

12, Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als Membran eine Metallfolie verwendet, die mit einem thermoplastischen Material Überzogen ist,

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schraubkapsel mit einem Polster aus nachgiebigem Material versieht, an dem die Membran schwach

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haftet, worauf die Kapsel auf den Behälter aufgeschyaufct wird und anschließend die Anordnung einem hochfrequenten Induktionsfeld ausgesetzt wird«

14, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens n^eh Anspruch 1 bis 13t gekennzeichnet durch eine verhält* nismäßig kleine IndulttiPlisspule (5), welphe yon ein#r Ter^ hliltnisiaäßig großen Induktionsspule (4) umgeben is$_f wobei beide Spulen im wesentlichen in einer horizontalen liegen und durch eine Pördereiariohtung (1) au» bewegen der Behälter (2) unter den Spulen,

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