DE19722293B4

DE19722293B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschließen eines Behälters

Info

Publication number: DE19722293B4
Application number: DE1997122293
Authority: DE
Inventors: Klaus Ehrmann
Original assignee: Julius Kugler & Co GmbH; Kugler Julius & Co GmbH
Current assignee: OPTIMA PACKAGING GROUP GMBH, 74523 SCHWAEBISCH, DE
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: DE19722293A1

Abstract

Verfahren zum Verschließen eines Behälters durch Verbindung eines rohrförmigen Endabschnittes (1) eines Behälterkörpers (2) mit einem Verschlußteil (4), das einen im wesentlichen als Umfangsnut ausgebildeten Umfangsabschnitt (13) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass der Endabschnitt (1) in den Umfangsabschnitt (13) eingreifen kann, wobei durch Erweichung des Kunststoffmaterials eine dichte Verbindung zwischen dem Endabschnitt (1) und dem Verschlußteil (4) im Bereich des Umfangsabschnittes (13) geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Umfangsabschnitt (13) des Verschlußteils (4) auf die Erweichungstemperatur des Kunststoffmaterials erwärmt wird, während sich das Verschlußteil (4) derart in einem Abstand von dem Endabschnitt (1) befindet, daß der Endabschnitt (1) relativ zu dem Verschlußteil (4) frei bewegbar ist, und daß erst nach der Erwärmung des Umfangsbschnittes (13) durch eine Relativbewegung (20) von Verschlußteil (4) und Behälterkörper (2) die zu verbindenden Teile in eine Eingriffsstellung gebracht werden, bei der der Endabschnitt (1) und der erwärmte Umfangsabschnitt (13) ineinander greifen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen eines Behälters durch Verbindung eines rohrförmigen Endabschnittes eines Behälterkörpers mit einem Verschlußteil sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 9.

Gattungsgemäße Verfahren werden vorzugsweise beim Verschließen von Behältern eingesetzt, die in vorhergehenden Verfahrensschritten bereits mit einer Creme, einer Salbe oder einem anderen dünn- oder dickflüssigen Erzeugnis gefüllt worden sind. Die Behälter sind in der Regel Tuben, Flaschen, Dosen oder dergleichen, deren vorzugsweise zylindrischer Behälterkörper im wesentlichen aus dünnwandigem Kunststoff oder Schichtmaterial mit mindestens einer Kunststoffschicht besteht.

Es ist beispielsweise bei der Herstellung von Zahnpasta-Tuben bekannt, einen rohrförmigen Endabschnitt eines Kunststoff-Behälterkörpers durch Erzeugung eines linearen Falzes zu verschließen. Als Alternative hierzu ist es beispielsweise aus der schwedischen Patentanmeldung 8 800 548, dem europäischen Patent EP 0 522 017 B1 und den europäischen Patenten EP 0 602 160 B1 und EP 0 522 003 B1 bekannt, einen rohrförmigen Behälterkörper durch ein Verschlußteil zu verschließen, das eine Umfangsnut aufweist, die derart ausgebildet ist, daß der Endabschnitt des Behälterkörpers in die Umfangsnut eingeführt werden kann. Das im wesentlichen topfförmige Verschlußteil hat einen sich leicht verjüngenden zylindrischen Wandabschnitt mit einem Außendurchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Endabschnittes. Die Umfangsnut ist am breiteren Ende des Wandabschnittes in einem nach außen gebogenen Rand ausgebildet. Beim Verschließen des Behälters wird zunächst der Wandabschnitt in den offenen Endabschnitt des Behälterkörpers bis zu einer Zwischenstellung eingeführt, in der der Wandabschnitt teilweise in den Endabschnitt hineinragt. In dieser Zwischenstellung, bei der die Umfangsnut bereits in die Nähe des stirnseitigen Endes des Endabschnittes gebracht ist, werden der Endabschnitt des Behälterkörpers und der Bereich der Umfangsnut durch Heißluft so weit erwärmt, daß sich das Kunststoffmaterial im Bereich der Umfangsnut und das Kunststoffmaterial des Endabschnittes erweicht. Anschließend wird das Verschlußteil bis in eine Eingriffsstellung gedrückt, in der der Endabschnitt in die Umfangsnut eingreift. Durch weiteres Erwärmen werden der Bereich der Umfangsnut und der Endabschnitt miteinander verschweißt.

Die Einführung des Verschlußteils in den Endabschnitt bis zu der Zwischenstellung erfolgt in einer ersten Station. Der teilweise zusammengesetzte Behälter wird dann zu einer zweiten Station bewegt, in der die Aufheizung bis zur Erweichung des Kunststoffmaterials erfolgt. Das Eindrücken des Verschlußteils bis in seine Endlage erfolgt in einer weiteren, nachfolgenden Station mittels einer speziellen Einrichtung, die das Verschlußteil in die Eingriffsstellung drückt.

Es hat sich herausgestellt, daß nach dem beschriebenen Verfahren arbeitende Verschließvorrichtungen in ihrer Arbeitsgeschwindigkeit begrenzt sind. Insbesondere wenn derartige Verschließvorrichtungen modernen Befüllstationen direkt nachgeschaltet sind, ist oft die Verwendung mehrerer Verschließvorrichtungen hinter einer einzigen Befüllstation notwendig, um die Arbeitsgeschwindigkeit der Befüllstation voll ausnutzen zu können.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verschließen eines Behälters durch Verbindung eines rohrförmigen Endabschnittes eines Behälterkörpers mit einem Verschlussteil zu schaffen, das eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere Arbeitsgeschwindigkeit ermöglicht, so daß pro Zeiteinheit mehr Behälterkörper verschlossen werden können. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 9.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Verschlußteil in einer ersten Stellung festgehalten, in der sich das Verschlußteil nicht in Kontakt mit dem Endabschnitt des Behälterkörpers, sondern in einem Abstand von diesem befindet. Der Abstand ist so bemessen, daß sich der Endabschnitt oder der den Endabschnitt aufweisende Behälterkörper relativ zu dem Verschlußteil frei bewegen kann. In der ersten Stellung kann das Verschlußteil stillstehen, es kann aber auch bewegt werden. In der ersten Stellung wird der Bereich des Umfangsabschnittes des Verschlußteiles bereits erwärmt, normalerweise ausgehend von der Umgebungstemperatur bis zu einer Temperatur nahe der Erweichungstemperatur des mindestens teilweise aus thermoplastischem Material bestehenden Umfangsabschnittes. Die hierfür erforderliche Aufheizzeit ist unter anderem abhängig von der gewünschten Endtemperatur, dem Volumen und der Wärmekapazität des aufzuheizenden Materiales. Die Aufheizzeit selbst kann daher nicht beliebig verkürzt werden. Jedoch ist nach dem Verfahren der Erfindung zumindest während eines Teils der Aufheizzeit eine Bewegung des Behälterkörpers völlig unabhängig von der Position des Verschlußteiles möglich. Daher kann ein Behälterkörper noch gefüllt oder bewegt werden, während das für diesen vorgesehene Verschlußteil schon durch Erwärmung für das Verschließen vorbereitet wird. Der in der Regel für die Arbeitsgeschwindigkeit der Gesamtvorrichtung geschwindigkeitsbestimmende Schritt des Aufwärmens des Umfangsabschnittes wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren von möglichen Relativbewegungen zwischen Behälterkörper und Verschlußteil mindestens in der Anfangsphase des Erwärmens entkoppelt. Trotz der Möglichkeit einer geringen Taktzeit kann das Erwärmen und Einführen bis in die Eingriffsposition in einer Arbeitsstation erfolgen, was auch Vorrichtungsaufwand einspart.

Erst wenn der Bereich des Umfangsabschnittes bereits erwärmt ist, erfolgt eine Relativbewegung von Verschlußteil und Behälterkörper in eine Eingriffsstellung, in der der Endabschnitt und der bereits erwärmte Umfangsabschnitt ineinander eingreifen oder aneinander angreifen. Erst in diesem Stadium müssen die Stellungen oder Bewegungen von Behälterkörper und Verschlußteil so koordiniert werden, daß die Eingriffsstellung erreicht werden kann. Vorzugsweise steht der Behälterkörper zumindest in der Endphase der Relativbewegung still, während das Verschlußteil, vorzugsweise vertikal von oben, auf den Endabschnitt des Behälterkörpers aufgesetzt wird. Es ist jedoch auch möglich, den Behälterkörper bis zum Erreichen der Eingriffsstellung zu bewegen, wobei sich entweder auch das Verschlußteil bewegen kann oder aber das Verschlußteil zumindest in der Endphase stillsteht.

Nach Erreichen der Eingriffsstellung wird zwischen dem Endabschnitt und dem Verschlußteil im Bereich des Umfangsabschnittes eine dichte Verbindung erzeugt. Der erforderliche Grad der Dichtigkeit der Verbindung kann abhängig von der Art des in dem Behälter aufzubewahrenden Produktes gewählt werden. Bei Flüssigkeiten, Cremes, Ölen, Pasten oder dergleichen ist die Verbindung vorzugsweise flüssigkeitsdicht und gasdicht. Bei luftunempfindlichen, festen, beispielsweise streufähigen Produkten kann es ausreichen, die Verbindung so dicht zu machen, daß das Material nicht aus dem Behälter herausfallen kann.

Der Umfangsabschnitt ist im wesentlichen als um den Umfang des Verschlußteiles umlaufende Umfangsnut ausgebildet, die derart dimensioniert ist, daß der Endabschnitt im wesentlichen spielfrei in die Umfangsnut eingreifen kann. Dies ermöglicht eine lagerichtige und besonders dichte Verbindung. Ein Eingriff von Umfangsabschnitt und Endabschnitt ist auch möglich, wenn der Umfangsabschnitt als ein den Endabschnitt lediglich außen übergreifender Rand ausgebildet ist. Das Verschlußteil kann im Bereich des Umfangsabschnittes auch flanschförmig geformt sein, wobei ein radialer Rand des Flansches auf der Stirnseite des Endabschnittes aufgelegt werden kann, während ein Mittelteil des Verschlußteils ein Stück weit in den Endabschnitt eingeführt werden kann.

Die erste Stellung des Verschlußteiles kann eine Ruhestellung des Verschlußteiles sein, das Verschlußteil kann aber auch während des Aufwärmens in der ersten Stellung bewegt werden. Obwohl Unterbrechungen der Erwärmung zwischen erster Stellung und Eingriffsstellung möglich sind, ist es bevorzugt, daß die Erwärmung des Bereiches des Umfangsabschnittes während der Relativbewegung von der ersten Stellung in die Eingriffsstellung mindestens zeitweise, vorzugsweise im gesamten Zeitraum zwischen erster Stellung und Eingriffsstellung, fortgesetzt wird. Dadurch können auch die Zeitintervalle der Bewegung von Verschlußteil oder Behälterkörper für die Aufwärmung genutzt werden.

Das Herantransportieren von Verschlußteil oder Behälterkörper in die Position, in der die Eingriffsstellung hergestellt wird, kann derart erfolgen, daß entweder nur das Verschlußteil oder nur der Behälterkörper bewegt wird. Es kann jedoch für die Arbeitsgeschwindigkeit förderlich sein, wenn bei der Relativbewegung mindestens zeitweise sowohl das Verschlußteil als auch der Behälterkörper bewegt werden.

Insbesondere abhängig von der erforderlichen Dichtigkeit der Verbindung kann es ausreichen, wenn das erwärmte Verschlußteil auf einen kalten Endabschnitt, ggf. unter Andrücken, aufgesetzt wird. Dadurch kann sich eine formschlüssige Verbindung nach Art einer kalten Lötstelle zwischen dem thermoplastischen Material im Bereich des Umfangsabschnittes und dem Endabschnitt bilden. Wenn das Material des Endabschnittes beim Eingreifen in den Umfangsabschnitt, insbesondere die Umfangsnut, relativ fest ist, kann sich der Bereich des Umfangsabschnittes an die Konturen des Endabschnittes anpassen. Vorzugsweise werden Verschlußteil und Behälterkörper entlang des gesamten Umfangs des Verschlußteiles stoffschlüssig miteinander verbunden. Eine derart vollständige Schweißverbindung ist insbesondere bei Behältern für flüssige oder luftempfindliche Erzeugnisse bevorzugt. Eine stoffschlüssige Verbindung kann unter Verwendung von schmelzfähigen Hilfsmaterialien nach Art des Lötens erfolgen, vorzugsweise werden Verschlußteil und Behälterkörper jedoch miteinander verschweißt.

Zwar kann beispielsweise eine stoffschlüssige Verbindung alleine dadurch entstehen, daß die miteinander zu verbindenden Teile aneinander anliegen und bis über einen Erweichungspunkt oder Schmelzpunkt erwärmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann zur Erzeugung einer dichten Verbindung zwischen Verschlußteil und Endabschnitt das Verschlußteil auch axial in Richtung auf den Endabschnitt gedrückt werden oder es kann ein den Endabschnitt radial außen übergreifender Außenabschnitt des Verschlußteiles radial einwärts auf eine radiale Außenseite des Endabschnittes gedrückt werden. Auch das radiale Andrücken einer innerhalb des Endabschnittes liegenden Teils des Verschlußteils an eine Innenfläche des Endabschnittes ist alternativ oder zusätzlich möglich. Die Anwendung von Druck in der dargestellten Weise kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn lediglich eine formschlüssige Verbindung gewünscht ist, jedoch kann durch das Andrücken auch eine stoffschlüssige Verbindung unterstützt werden.

Normalerweise wird das Verschlußteil durch eine vorzugsweise bewegliche Halteeinrichtung festgehalten. Insbesondere bei Verschlußteilen aus Kunststoff kann es von Vorteil sein, wenn während des Erwärmens des Bereiches des Umfangsabschnittes Bereiche des Verschlußteiles, die an den Umfangsabschnitt angrenzen, gekühlt werden, insbesondere durch eine Wasserkühlung. An den gekühlten Bereichen kann eine Halteeinrichtung angreifen, ohne daß die Gefahr einer unerwünschten Verformung des Verschlußteiles während des Angreifens oder die Gefahr des Anklebens oder Anhaftens des Verschlußteiles an der Halteeinrichtung besteht. Die Halteeinrichtung kann zum Festhalten des Verschlußteiles Greiforgane besitzen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, daß eine Halteeinrichtung eine der Form des Verschlußteiles angepaßte Aufnahme hat, auf die das Verschlußteil aufgesteckt oder in die es eingesteckt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann zum Festhalten des Verschlußteiles ein Unterdruck erzeugt werden, der das Verschlußteil an der Haltevorrichtung festhält. Nach Abschalten des Unterdrucks kann das Verschlußteil ggf. leicht von der Halteeinrichtung gelöst werden. Es ist auch möglich, zum Lösen des Verschlußteiles von der Halteeinrichtung zwischen diesen einen Überdruck zu erzeugen, der das Verschlußteil von der Halteeinrichtung wegdrückt.

Weitere Merkmale und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeigneten und angepaßten Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer solchen Vorrichtung und ihrer Arbeitsweise in Verbindung mit der Zeichnung und den Unteransprüchen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Kombination miteinander bei einer Ausführungsform verwirklicht sein. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen schematischen Teil-Querschnitt durch eine Halteeinrichtung und einen Ladeschieber einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Verschließen eines rohrförmigen Endabschnittes eines Behälterkörpers.
In der Zeichnung ist ein Querschnitt durch eine Verschließstation 50 einer mehrere Stationen aufweisenden Füll- und Verschließmaschine gezeigt, die dazu vorgesehen ist, Tuben, Flaschen, Dosen oder andere Behälter mit einem Produkt wie beispielsweise einer Creme, einer Salbe oder einer Flüssigkeit zu befüllen und anschließend zu verschließen. Es ist nur der Teil der Vorrichtung gezeigt, mit dem das Verschließen des Behälters nach dem Befüllen durchgeführt wird.
Im unteren Teil der Zeichnung ist ein rohrförmiger, nach oben geöffneter Endabschnitt 1 eines im Querschnitt runden, rohrförmigen Behälterkörpers 2 gezeigt. Der Behälterkörper 2 ist ein einstückig gespritztes, nahtloses Rohr aus thermoplastischem Kunststoff. Das dem Endabschnitt 1 gegenüberliegende Ende des in der Zeichnung kopfüber stehenden Behälterkörpers hat einen längs einer Sollbruchstelle aufbrechbaren Deckel, an dem ein Abbrechgriff angespritzt ist. Nach Anbringung des Deckels an dem Behälterkörper wurde dieser kopfüber gestellt und durch die in der Zeichnung sichtbare untere Behälteröffnung mit einem Produkt, wie beispielsweise einer Creme, einer Salbe oder einer Flüssigkeit gefüllt. Anschließend wurde der kopfüber in einer Aufnahme stehende, gefüllte Behälter mittels einer Transporteinrichtung wie einer schrittweise verschiebbaren Kette oder einem schrittweise schaltbaren Rundtisch in den Bereich der in der Zeichnung abgebildeten Verschließvorrichtung 3 transportiert. Die Transportrichtung des Behälters 2 verläuft in der Zeichnung senkrecht zur Papierebene.
Ein Behälterkörper kann beispielsweise auch aus einem rechtwinkligen Kunststoffstück gebogen sein und eine Längsnaht aufweisen. Obwohl rohrförmige Behälterkörper mit rundem Querschnitt bevorzugt sind, können auch Rohre mit beispielsweise ovalem oder polygonalem, insbesondere rechteckigem Querschnitt verwendet und verschlossen werden. Neben reinen Kunststoffbehältern können auch solche aus Kunststoff-Schichtmaterial verwendet werden, bei denen zur Verbesserung ihrer Barriereeigenschaften gegen Herausdringen von Produktmaterial eine oder mehrere dünne Metallfolien eingearbeitet sind. Ein Behälterkörper kann auch aus Blech, insbesondere Aluminiumblech, bestehen. Typische Behälterkörper haben eine Wanddicke von deutlich weniger als 1 mm.
Auf der rechten Zeichnungsseite ist ein zum Verschließen des Behälterkörpers 2 vorgesehenes Verschlußteil 4 gezeigt, das in einer nach oben offenen, zylindrischen Aufnahme 5 eines horizontal parallel zur Richtung 6 bewegbaren Ladeschiebers 7 liegt. Das Verschlußteil 4 ist ein aus thermoplastischem Kunststoff einstückig gespritztes Kunststoffteil, das einen zum Einführen in den Endabschnitt 1 des Behälterkörpers 2 vorgesehenen, im wesentlichen zylindrischen Schaftabschnitt 8 hat, dessen Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser des Endabschnittes 1 entspricht. Am oberen Ende des Schaftabschnittes 8 ist ein nach außen umgebogener Rand 9 ausgebildet. Das untere Ende des Schaftabschnittes 8 ist durch eine in das Innere des Schaftabschnittes 8 gewölbte Abschlußwand 10 abgeschlossen, in deren Mitte ein in das Innere des Schaftabschnittes 8 ragender runder Nippel 11 mit einer zentralen Luftdurchtrittsöffnung 12 ausgebildet ist. Der nach außen umgebo gene Rand 9 bildet eine kreisrunde, im Querschnitt im wesentlichen U-förmige Umfangsnut 13 entlang des Umfangs des Verschlußteils 4. Die radiale Breite der Umfangsnut 13 entspricht im wesentlichen der Wanddicke des Behälterkörpers 2 am stirnseitigen Endabschnitt 1, die Nuttiefe etwa dem Doppelten der Nutbreite.
In der Zeichnung ist vertikal oberhalb des Behälterkörpers 2 ein vertikal parallel zur Richtung 20 nach oben und nach unten bewegbarer Stempel 21 gezeigt, der einerseits eine Halteeinrichtung zum Festhalten des Verschlußteiles vor und während des Verschließens des Behälterkörpers 2 bildet und der andererseits eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Bereiches der Umfangsnut 13 des Verschlußteiles aufweist. Der aus mehreren im wesentlichen rotationssymmetrischen, durch Schrauben 15 lösbar miteinander verbundenen Edelstahl-Teilen aufgebaute Stempel 21 hat eine zylindrische Außenwand 22, die einen koaxial zur Stempelachse 23 angeordneten, zylindrischen Innenraum 24 umschließt. In dem zylindrischen Innenraum 24 sind, in der gezeigten Stellung des Stempels untereinander, folgende Elemente angeordnet: ein Luftleitkegel 25, dessen Spitze nach oben weist und dessen Basis einen Außendurchmesser hat, der dem Innendurchmesser des Innenraumes 24 entspricht; eine an die ebene Basis des Luftleitkegels 25 anschließende, den Querschnitt des Innenraumes 24 ausfüllende Wärmedämmplatte 26 aus wärmeisolierendem Material und ein komplex geformtes Halteteil 27, das mit einem oberen zylindrischen Abschnitt 28 den Innenraum 24 ausfüllt und das einen an den oberen Abschnitt 28 nach unten anschließenden unteren Abschnitt 29 hat, dessen zylindrische radiale Außenfläche einen kleineren Durchmesser hat als der Innenraum 24. Die radiale Außenfläche 30 des unteren Abschnittes 29 begrenzt zusammen mit der inneren Oberfläche des Innenraumes 24 eine Ringnut 31, deren radiale Ausdehnung im wesentlichen der radialen Ausdehnung der U-förmigen Umfangsnut 13 entspricht. Die untere Stirnseite 32 des unteren Abschnittes 29 hat eine runde, zentrische Ausnehmung 33, die etwa die axiale Länge des Nippels 11 hat sowie einen Querschnitt, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Nippels 11.
In dem oberen Abschnitt 28 und dem unteren Abschnitt 29 des Halteteils 27 ist ein Ringkanal 34 mit rechtwinkligem Querschnitt ausgespart, der in dem Halteteil 27 im wesentlichen symmetrisch um die Stempelachse 23 herum verläuft. Der Ringkanal 34 ist Teil eines Kühlmittelkreislaufes, durch den Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, in den Bereich des Halteteils 27, und insbesondere in den Bereich des unteren Abschnittes 29 geführt und erwärmtes Kühlmittel aus diesem Bereich abgeführt werden kann. Zur Zufuhr und Abfuhr von Kühlmittel dient ein radial durch die Außenwand 22 in den Ringkanal 34 seitlich eingeführtes, doppelwandiges Rohr 35. Durch das Innenrohr 36 wird Kühlmittel in den Ringkanal 34 des Halteteils 27 hineingeführt; nach Durchströmen des Halteteils 27 wird das Kühlmittel zwischen Innenrohr 36 und Außenrohr 37 abgeführt. Eine nicht gezeigte, an das Kühlmittelrohr 35 angeschlossene Umwälzeinrichtung wälzt das Kühlmittel um.
Der Stempel 21 enthält wesentliche Teile einer von einem nicht gezeigten Heißluftgebläse gespeisten Heizeinrichtung zur Erwärmung des Bereiches der Umfangsnut 13 des durch das Halteteil 27 festgehaltenen Verschlußteils 4. Von dem Heißluftgebläse wird die Heißluft von oben in einen durch die Innenfläche des Innenraumes 24 und den Luftleitkegel 25 begrenzten Heißluftraum 38 eingeblasen und durch den Luftleitkegel 25 rotationssymmetrisch zur Stempelachse 23 in Richtung der Pfeile 39 nach außen und nach unten abgeleitet. Am unteren Außenumfang des Heißluftraumes 38 befindet sich in der Außenwand 22 eine Vielzahl gleichmäßig um den Umfang des Stempels 21 herum verteilter Eintrittsöffnungen von Heißgaskanälen, von denen in der Zeichnung nur ein Heißgaskanal 40 gezeigt ist. Der Heißgaskanal 40 hat eine obere, sich trichterförmig erweiternde, im wesentlichen parallel zur Kegeloberfläche des Luftleitkegels 25 ausgerichtete Eintrittsöffnung 41, an den nach un ten ein zylindrischer, parallel zur Achse 23 verlaufender Kanalabschnitt 42 anschließt. Am unteren Ende des vertikalen Kanalabschnittes 42 wird die Heißluft nach radial innen umgeleitet und durch einen schräg nach oben gerichteten zylindrischen Gasaustrittskanal 43 in den Bereich der zur Aufnahme der Umfangsnut 13 vorgesehenen Ringnut 31 eingeblasen. Die Längsachsen der geraden Gasaustrittskanäle 43, von denen eine Vielzahl mit gleichem Umfangsabstand zueinander entlang des Umfangs der Ringnut 31 angeordnet ist, stehen in einem spitzen Winkel von etwa 35° zu einer die Mittelachse der Halteeinrichtung bildenden Stempelachse 23, wodurch die Heißluft steil in die Umfangsnut 13 eingeblasen wird. Die Heißluft erwärmt somit das Verschlußteil im wesentlichen im Bereich der Umfangsnut 13, nicht aber im Bereich des an dem unteren Abschnitt 29 flächig anliegenden Schaftes 8.
Die durch die Gasaustrittskanäle 43 von unten nachströmende Heißluft behindert den Austritt verbrauchter Heißluft aus dem Ringkanal 31 nach unten. Die verbrauchte Heißluft wird vielmehr durch Gasabfuhrkanäle 44 durch die Außenwand 22 nach radial außen abgeführt. Jedem Gasaustrittskanal 43 ist ein mit seiner inneren Mündung darüber angeordneter Gasabfuhrkanal 44 zugeordnet. Jeder der geraden Gasabfuhrkanäle 44 verläuft von seiner im Durchmesser erweiterten inneren Mündung 45 im Bereich der Ringnut 31 schräg nach oben in einem Winkel von etwa 20° zur Horizontalen und endet auf der Außenseite der Außenwand 22 bei Umgebungsdruck. Die schräge Ausrichtung der Gasabfuhrkanäle 44 nach oben fördert eine passive Abfuhr der verbrauchten Heißluft nach oben, wobei der Auftrieb der relativ leichteren Heißluft in der kühleren Umgebungsluft ausgenutzt wird. Auf teuere Absaugeinrichtungen kann daher verzichtet werden. Es ist jedoch, wenn dies gewünscht wird, auch möglich, eine Absaugeinrichtung für die Heißluft oder ggf. eine Heißluftrückführung zurück zum Heißluftgebläse vorzusehen.
Beim Verschließen eines Behälters kann wie folgt verfahren werden. Die zu verschließenden Behälter werden in einer Befüllstation befüllt und kopfüber in zylindrischen Aufnahmen einer schrittweise vorschiebbaren Transportkette oder eines schaltbaren Rundtisches senkrecht zur Papierebene in den Bereich der Verschließstation 50 und damit der Verschließvorrichtung 3 transportiert. Unabhängig von dem Zutransport der befüllten Behälter wird über der Bahn der zu befüllenden Behälter ein seitlicher Ladeschieber 7 mit einem von diesem getragenen Verschlußteil 4 senkrecht unter den noch leeren Stempel 21 gebracht, so daß der Außenumfang des Verschlußteils 4 mit dem zylindrischen Innenraum 24 des Stempels 21 fluchtet. Dann wird der Stempel mittels einer beispielsweise elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Hebe- und Senkeinrichtung parallel zur Richtung 20 in Richtung auf das Verschlußteil 4 abgesenkt, um das Verschlußteil 4 zu übernehmen. Die Hebe- und Senkeinrichtung ist Teil der an der Verschließvorrichtung 3 vorgesehenen Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Behälterkörper 2 und Verschlußteil 4. Der Stempel 21 wird dabei so weit abgesenkt, bis das Verschlußteil 4 die in der Zeichnung gezeigte Position innerhalb des Stempels 21 einnimmt. Beim Absenken des Stempels 21 greift der untere Abschnitt 29 in die Ringnut zwischen Schaftabschnitt 8 und Nippel 11 des Verschlussteils 4 ein, der Nippel 11 selbst wird in die zentrische Ausnehmung 33 eingeführt, bis seine obere Stirnseite an einem an dem ebenen Boden der Ausnehmung 33 angeordneten, plattenförmigen Dichtelement 46 aus elastisch-kompressiblem Material anliegt. In dieser Position ragt der Rand 9 des Verschlußteils 4 mit der Umfangsnut 13 in die Ringnut 31 der Halteeinrichtung so weit ein, daß das Verschlußteil am oberen Abschnitt 28 anschlägt.
Wenn der Außendurchmesser des unteren Abschnittes 29 im Bereich von dessen radialer Außenfläche 30 geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des kräftefreien Schaftabschnittes 8 oder wenn die radiale Ausdehnung des umgebogenen Randes 9 geringfügig größer ist als die radiale Ausdehnung der Ringnut 31, dann kann das relativ leichte Verschlußteil 4 allein durch Einklemmen an der Halteeinrichtung festgehalten werden. Bei der gezeigten Ausführungsform hat die Halteeinrichtung durch den zylindrischen Innenraum 24 eine Ausnehmung, deren Innenquerschnitt der Form des Verschlußteils 4 derart angepaßt ist, daß die Innenfläche der Ausnehmung im wesentlichen entlang des gesamten Außenumfangs des Verschlußteiles 4 anliegt. Dies allein kann zum Halten des Verschlußteils 4 ausreichen.
Die gezeigte, bevorzugte Ausführungsform der Verschließvorrichtung ist dank der an die Form des Verschlußteils angepaßten Form des Innenraumes 24 und des unteren Abschnittes 29 und dank des die Luftdurchtrittsöffnung 12 des Nippels 11 abdichtenden Dichtelementes 46 so ausgebildet, daß zwischen den Oberflächenabschnitten 30, 32, 33 der Halteeinrichtung und dem durch diese gehaltenen Verschlußteil 4 ein Luftraum 47 verbleibt, der, bis auf unvermeidliche kleine Ritzen durch Oberflächenunebenheiten, vor allem des Veschlußteiles 4, nach außen im wesentlichen gasdicht abgeschlossen ist. In diesen Luftraum 47 mündet von oben ein Gaskanal 48, der an eine Unterdruck-Erzeugungseinrichtung, beispielsweise eine Vakuumpumpe, anschließbar ist. Im Bereich der Mündung des Gaskanals 48 in den Luftraum 47 verläuft an der radialen Außenseite 30 des unteren Abschnittes 29 eine axiale Rille 49, die das Absaugen von Luft aus dem Bereich zwischen unterer Stirnseite 32 der Halteeinrichtung 22 und der gewölbten Abschlußwand 10 des Verschlußteils 4 und aus dem Bereich um den Nippel 11 erleichtert. Ein Nachströmen von Außenluft in den Bereich des Luftraumes 47 durch die Luftdurchtrittsöffnung 12 des Nippels 11 wird durch das an der Luftdurchtrittsöffnung 12 anliegende Dichtelement 46 verhindert. Bei Erzeugung eines Unterdrucks im Luftraum 47 durch Absaugen von Luft aus dem Luftraum durch den Kanal 48 wird ein Unterdruck erzeugt, der das Verschlußteil 4 an der Halteeinrichtung festhält. Umgekehrt kann das Lösen des Verschlußteils von der Haltevorrichtung 4 durch Einblasen von Luft in den Luftraum 47 unterstützt und gefördert werden.
Unmittelbar nach Aufnahme des Verschlußteils 4 in der Halteeinrichtung 27 kann die Erwärmung des Bereiches der Umfangsnut 23 des Verschlußteiles 4 durch Einleiten von Heißluft durch die Kanäle 40, 42, 43 beginnen. Gleichzeitig mit, vor oder nach dem Beginn der Erwärmung kann der Stempel 21 mit dem Verschlußteil 4 wieder nach oben verfahren werden. Sobald der Ladeschieber 7 frei wird, wird dieser horizontal aus dem Bereich unterhalb des Stempels 21 herausgefahren. Die Beladung der Halteeinrichtung mit einem Verschlußteil 4 und der Beginn der Erwärmung des Randbereiches des Verschlußteiles 4 erfolgen in einem insbesondere vertikalen Abstand zu dem Behälterkörper 2, ohne daß das Verschlussteil 4 bereits in den Behälterkörper 2 eingeführt ist. Jede Stellung, in der der Behälterkörper 2 noch gegenüber dem Verschlußteil 4 beweglich ist, weil der Abstand zwischen Verschlußteil 4 und Behälterkörper 2 ausreichend groß ist, kann eine erste Stellung im Sinne dieser Anmeldung sein.
Während das Verschlussteil 4 im Bereich der Umfangsnut 13 bereits erwärmt wird, kann ein befüllter Behälter 2 in die in der Zeichnung gezeigte Position vertikal unterhalb des Stempels 21 verfahren werden. Es ist sogar möglich, daß ein Behälter 2 erst befüllt wird, wenn schon mit der Erwärmung des für ihn vorgesehenen Verschlussteils 4 begonnen wurde.
Von der ersten Stellung ausgehend werden anschließend das Verschlußteil 4 und der Behälterkörper 2 relativ zueinander in eine Eingriffsstellung bewegt, bei der der Endabschnitt 1 in die erwärmte Umfangsnut 13 eingreift. Vorzugsweise wird dabei der Endabschnitt 1 derart tief in die Umfangsnut 13 eingeführt, daß die axiale Stirnseite des Endabschnittes 1 am Grund der Umfangsnut 13 anliegt. Ausgehend von der in der Zeichnung gezeigten Stellung zwischen dem in dem Stempel 21 gehaltenen Verschlußteil 4 und dem vertikal darunter befindlichen Behälterkörper 2 erfolgt bei der gezeigten Ausführungsform die Relativbewegung von Verschlußteil 4 und Behälterkörper 2 in die Eingriffsstellung ausschließlich durch vertikales Absenken des Stempels 21 nach unten bis in die Eingriffsstellung mittels der nicht gezeigten Hebe- und Senkeinrichtung für den Stempel 21. Auch während des Absenkens des Stempels 21 wird die Erwärmung des Bereiches der Umfangsnut 13 ununterbrochen fortgesetzt.
Sobald der zylindrische Schaftabschnitt 8 in den zylindrischen Endabschnitt 1 so weit eingeführt ist, daß das Verschlußteil 4 das Innere des Endabschnittes 1 im wesentlichen ausfüllt, entsteht bei weiterem Absenken des Verschlußteiles 4 in den Behälterkörper 2 in diesem ein Überdruck. Dieser kann durch Abströmen von Luft durch die Luftdurchtrittsöffnung 12 des Nippels 11 abgebaut werden. Dazu kann ggf. der Nippel 11 unter geringfügiger Durchbiegung der gewölbten Abschlusswand 10 nach unten etwas vom Dichtelement 46 abheben, so daß die Luft in den Luftraum 47 entweichen und durch den Gaskanal 48 abgesaugt werden kann.
Nach Erreichen der Eingriffsstellung kann, wenn dies gewünscht wird, der Stempel 21 noch geringfügig weiter nach unten gefahren werden, so daß ein zusätzliches Andrücken des Endabschnittes 1 in das durch Erwärmung erweichte Material des Randes 9 erfolgen kann. Dies kann die Dichtigkeit der erzeugten Verbindung verbessern. Der absenkbare Stempel 21 dient somit als zusätzliches Mittel zur Erzeugung einer dichten Verbindung zwischen Verschlußteil 4 und Behälterkörper 2. Danach wird der Stempel 21 vertikal nach oben angehoben, so daß der nun verschlossene Behälter wieder frei beweglich wird.
Zur Verbesserung der Dichtigkeit einer Verbindung können, vorzugsweise in einer nachfolgenden Station, weitere Mittel zur Erzeugung einer dichten Verbindung vorgesehen sein, durch die das Verschlußteil 4 axial in Richtung auf den Endabschnitt 1 gedrückt werden oder ein den Endabschnitt 1 radial außen übergreifender Teil des Randes 9 radial einwärts auf eine radiale Außenseite des Endabschnittes 1 gedrückt werden kann.
In einem nachfolgenden Arbeitsschritt kann die Luftdurchtrittsöffnung des Nippels 11 verschweißt werden, so daß das Behälterinnere luftdicht abgeschlossen ist. Vor der Verschweißung kann, falls dies gewünscht wird, der Nippel 11 an eine Absaugeinrichtung angeschlossen werden, mit der das Innere des Behälters evakuiert werden kann.
Die Zeichnung zeigt exemplarisch nur eine Stempel-Ladeschieberkombination der Verschließvorrichtung. Tatsächlich hat eine bevorzugte Ausführung der Verschließvorrichtung eine Mehrfach-Anordnung von mehreren, insbesondere vier Stempeln 21, die in Transportrichtung der Behälter hinereinander angeordnet sind und die synchron bewegt und betrieben werden. Eine Mehrfach-Anordnung kann die Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung weiter erhöhen.

Claims

Verfahren zum Verschließen eines Behälters durch Verbindung eines rohrförmigen Endabschnittes (1) eines Behälterkörpers (2) mit einem Verschlußteil (4), das einen im wesentlichen als Umfangsnut ausgebildeten Umfangsabschnitt (13) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass der Endabschnitt (1) in den Umfangsabschnitt (13) eingreifen kann, wobei durch Erweichung des Kunststoffmaterials eine dichte Verbindung zwischen dem Endabschnitt (1) und dem Verschlußteil (4) im Bereich des Umfangsabschnittes (13) geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Umfangsabschnitt (13) des Verschlußteils (4) auf die Erweichungstemperatur des Kunststoffmaterials erwärmt wird, während sich das Verschlußteil (4) derart in einem Abstand von dem Endabschnitt (1) befindet, daß der Endabschnitt (1) relativ zu dem Verschlußteil (4) frei bewegbar ist, und daß erst nach der Erwärmung des Umfangsbschnittes (13) durch eine Relativbewegung (20) von Verschlußteil (4) und Behälterkörper (2) die zu verbindenden Teile in eine Eingriffsstellung gebracht werden, bei der der Endabschnitt (1) und der erwärmte Umfangsabschnitt (13) ineinander greifen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen und das Einführen des Behälterkörpers in die Eingriffsstellung in einer Arbeitsstation, der Verschließstation (50) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Bereichs des Umfangsabschnitts während der Relativbewegung mindestens zeitweise, vorzugsweise im gesamten Zeitraum zwischen erster Stellung und Eingriffsstellung, fortgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Relativbewegung mindestens zeitweise sowohl das Verschlußteil, als auch der Behälterkörper bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer dichten Verbindung zwischen Verschlußteil (4) und Endabschnitt (1) das Verschlußteil (4) axial in Richtung auf den Endabschnitt (1) gedrückt wird oder daß ein den Endabschnitt (1) radial außen übergreifender Außenabschnitt des Verschlußteils (4) radial einwärts auf eine radiale Außenseite des Endabschnitts (1) gedrückt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Erwärmens des Bereiches des Umfangsabschnittes (13) dem Umfangsabschnitt benachbarte Bereiche des Verschlußteils (4) gekühlt, insbesondere wassergekühlt, werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung mittels Heißgas, insbesondere Heißluft, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Festhalten des Verschlußteils (4) ein Unterdruck erzeugt wird, der das Verschlußteil (4) an einer Halteeinrichtung (21, 22, 27) festhält, die vorzugsweise der Form des Verschlußteils (4) mindestens bereichsweise angepaßt ist.
Vorrichtung zum Verschließen eines Behälters durch Verbindung eines rohrförmigen Endabschnittes (1) eines Behälterkörpers (2) mit einem Verschlußteil (4), das einen im wesentlichen als Umfangsnut ausgebildeten Umfangsabschnitt (13) aufweist, der derart ausgebildet ist, daß der Endabschnitt (1) in den Umfangsabschnitt eingreifen kann, mit einer Halteeinrichtung (21, 22, 27) zum Festhalten des Verschlußteils, mit einer Heizeinrichtung (25, 40, 42, 43) zur Erwärmung des Verschlußteiles des Behälters und mit Mitteln zur Erzeugung einer Relativbewegung der Halteeinrichtung (21, 22, 27) und einer Aufnahme für den Behälter (2) zueinander in eine Stellung, in der der Endabschnitt (1) und der Umfangsabschnitt (13) ineinandergreifen und eine dichte Verbindung zwi- schen Verschlußteil (4) und Endabschnitt (1) bilden, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (25, 40, 42, 43) nur zur Erwärmung des Umfangsabschnittes (13) des Verschlußteils (4) ausgebildet ist und die Aufnahme des Behälters (2) während der Erwärmung unabhängig von der Halteeinrichtung (21, 22, 27) bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halte- und Heizeinrichtung (21, 22, 27; 25, 40, 42, 43) sowie die Mittel zur Erzeugung der Relativbewegung Teile einer Arbeitssta tion, nämlich der Verschließstation (50) einer Füll- und Verschließmaschine, sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung Zufuhrmittel (25, 40, 42, 43) zur Zufuhr von heißem Gas, insbesondere von Heißluft, in den Bereich des Umfangsabschnittes (13) eines an der Halteeinrichtung (21, 22, 27) festgehaltenen Verschlußteils (4) aufweist, wobei die Zufuhrmittel vorzugsweise eine Vielzahl von entlang des Umfangs des Verschlußteils verteilten, schräg zu dem Umfangsabschnitt gerichteten Gasaustrittskanälen (43) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittskanäle (43) in einem spitzen Winkel von weniger als 45° zu einer der Mittelachse (23) der Halteeinrichtung (21, 22, 27) ausgerichtet sind, wobei der spitze Winkel vorzugsweise zwischen 20° und 40° beträgt, insbesondere etwa 35°.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung Abfuhrmittel (44) zum Abführen von Gas aus dem Bereich des Umfangsabschnittes (13) des an der Halteeinrichtung (21, 22, 27) festgehaltenen Verschlußteils (4) aufweist, wobei die Abfuhrmittel vorzugsweise eine Vielzahl von entlang des Umfangs der Halteeinrichtung verteilten, zum Umgebungsdruck hin offenen Gasabfuhrkanälen (44) umfassen, die vorzugsweise von einem Innenraum (24) der Halteeinrichtung ausgehend schräg nach oben und nach außen verlaufen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (21, 22, 27) einen derart an die Form des Verschlußteils (4) angepaßten Oberflächenabschnitt (30, 32, 33) hat, daß zwischen dem gehaltenen Verschlußteil (4) und dem Oberflächenabschnitt ein abgeschlossener Luftraum (47) verbleibt und daß die Halteeinrichtung mindestens einen in den Luftraum (47) mündenden Gaskanal (48) aufweist, der an eine Unterdruckerzeugungseinrichtung anschließbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (21, 22, 27) mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Verschlußteils (4) aufweist, deren Innenquerschnitt der Form des Verschlußteils derart angepaßt ist, daß eine vorzugsweise zylindrische Innenfläche (24) der Ausnehmung am Außenumfang des Verschlußteils (4) mindestens abschnittsweise, vorzugsweise entlang des gesamten Außenumfangs, anliegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, gekennzeichet durch eine Ladeeinrichtung (7), die zur Übergabe des Verschlußteiles (4) an die Halteeinrichtung (21, 22, 27) in den Weg (20) der Mittel zur Erzeugung der Relativbewegung einführbar ist und welche eine Aufnahme für den Verschlußteil (4) aufweist.