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Verfahren zum Verschließen von Behältern, vorzugsweise
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von Glasbehältern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen von insbesondere aus wärmeunnachgiebigem
Werkstoff bestehenden Behältern, vorzugsweise von Glasbehältern,mit einem folienartigen
Verschluß, der mittels Druck-und Wärmezufuhr (Heißsiegeln) mit dem Offnungsrand
des Behälters verbunden wird.
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Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem mittels einer beheizten
Siegelvorrichtung der z.B. aus einer Aluminium-Folie bestehende, deckelartige Verschluß
auf den Offnungsrand des zu verschließenden Behälters aufgesiegelt wird. Dabei erfolgt
nicht nur ein Erwärmen der Siegelzone auf die notwendige Siegeltemperatur, sondern
durch diese Wärmeeinwirkung wird auch der Öffnungsrand des in der Regel aus Kunststoff
bestehenden Behälters genügend plastisch, so daß Unebenheiten an diesem Rand ausgeglichen
werden können. Dadurch entsteht auch der erforderliche gleichmäßige Siegeldruck.
Dies ist zur Erzielung eines durchgehend dichten Verschlusses notwendig.
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Dieses Verfahren und die dazu vorgesehene Siegelvorrichtung haben
sich für das Versiegeln von Kunststoff-Behältern mit Deckelfolien u.dgl. bewährt.
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Es ist jedoch erwünscht, daß auch Behälter aus starrem, nicht thermoplastisch
verformbarem (wärmeunnachgiebigem) Werkstoff auf vergleichbare Weise mit hilfe von
Deckel Folien od.dgl. und Heißsiegellack od.dgl. thermoplastischen Beschichtungen,
sicher dichtend miteinander verbunden werden können.
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Bei den wärmeunnachgiebigen Behältern ist Glas wegen seiner bekannten,
insbesondere im Lebensmittelbereich vorteilhaften Eigenschaften ein besonders erwünschter
Werkstoff. Insbesondere bei Glasbehältern treten beim Versiegeln jedoch besondere
Schwierigkeiten auf, da derartige Behälter aus Glas mit erheblichen Fertigungs-Toleranzen
und Unebenheiten am Öffnungsrand werkstoff- und herstellungsbedingt versehen sind.
Es hat sich herausgestellt, daß die Versiegelungseinrichtung für thermoplastische
Kunststoff-Behälter und das entsprechende Verfahren auf Glasbehälter nicht gut anwendbar
ist. Bei den bisherigen Siegelverfahren bzw. der zugehörigen Vorrichtung mit einer
starren Andruckfläche vermag diese nicht den Toleranzen und Unebenheiten des meist
flanschartigen öffnungsrandes des Glasbehälters zu folgen. Dadurch ist nicht an
jeder Stelle des Siegelbereiches der erforderliche gleichmäßige Druck vorhanden,
so daß ein sicherer, dichter Verschluß nicht gewährleistet ist.
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Es wurden auch bereits Versuche durchgeführt, den Siegelkopf diesen
Unebenheiten anzupassen; insgesamt haben diese Versuche jedoch nur zu unbefriedigenden
Ergebnissen geführt, weil beispielsweise die Abpackleistung verhältnismäßig gering
war. Außerdem ergab sich dort das Problem einer geringen Wärmeleitfähigkeit. Neben
diesem letztgenannten Problem ist bei einer anderen vorgeschlagenen Siegeleinrichtung
ihr
komplizierter Aufbau und die größerer Verschleißempfindlichkeit nachteilig Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Verschließen von Behältern
aus wärmeunnachgiebigem Werkstoff, insbesondere aus Glas zu schaffen, das bei geringem
Aufwand ein dichtes Versiegeln eines Behälteröffnungsrandes mit z.B. einer Deckel-Folie
od.dgl. gewährleistet. Unter wärmeunnachgiebigem Werkstoff wird hier insbesondere
Glas verstanden; darüber hinaus können jedoch auch andere Werkstoffe, wie z.B. Duroplaste,
Metalle usw.
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Anwendung finden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen,
daß zumindest die Druckzufuhr unter Verwendung von Flüssigkeitsdruck erfolgt. Durch
die hydraulischen Eigenschaften der Druckzufuhr erfolgt in vorteilhafter-Weise eine
Anpassung der Andruckfläche der Siegelvorrichtung an die herstellungsbedingten Unebenheiten
des Offnungsrandes von wärmeunnachgiebigen Behältern. Dadurch wird eine gleichmäßige
Druckverteilung (Hydraulik) über den gesamten Siegelbereich erzielt, so daß der
aufzusiegelnde Verschlußdeckel dicht mit dem Behälter-Offnungsrand versiegelt wird.
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Zweckmäßigerweise wird die Wärme für die Versiegelung zumindest teilweise
dem Hydraulik-Medium mitgeteilt, welches diese unter Zwischenschaltung einer in
sich flexiblen Zwischenschicht an die Heißsiegelfläche abgibt, wobei sich diese
Zwischenschicht der Form des zu versiegelnden Behälter-Offnungsrandes anpassen kann.
Somit erfolgt bei der Siegelzone sowohl eine Druck- als auch eine direkte Wärmeübertragung.
Dadurch wird gezielt im wesentlichen nur die eigentlicht Siegelzone erwärmt, wodurch
auch die Verlustwärme gering gehalten werden kann.
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Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen,
wobei diese Vorrichtung
einen beheizbaren Siegelkopf sowie eine Andruckfläche für die Dichtfläche des Behälters
aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet,
daß im Andruckbereich des Siegelkopfes ein wärmeleitendes, insgesamt ein hydraulisches
System bildendes Andruckpolster vorgesehen ist.
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Dieses Druckpolster kann sich gut den vorhandenen,beim Versiegeln
unnachgiebigen Unebenheiten des Behälter-Offnungs- und auch Dichtrandes angleichen
und dadurch für eine geschlossen anliegende Siegelzone des aufzusiegelnden Verschlußdeckels
an demffnungsrand des Behälters sorgen.
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Zweckmäßigerweise ist das Andruckpolster auf seiner Beaufschlagungsseite
durch eine dünne elastische Folie abgedeckt. Diese Folie bildet einerseits den andruckseitigen
Abschluß des Andruckpolsters und gleichzeitig auch die Beaufschlagungsfläche, die
bei der Siegelung den auf dem Öffnungsrand aufliegenden Deckel im Bereich der Siegelzone
beaufschlagt.
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Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen
aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen einzelheiten anhand
der Zeichnung noch näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Stirnseitenansicht eines Siegelkopfes mit Andruckpolster,
Fig. 2 einen Querschnitt eines Siegelkopfes mit angedeutetem, zum Verschließen angesetztem
Behälter, Fig. 3 einen Teilquerschnitt eines Siegelkopfes mit abgewandelt ausgeführtem
Kanal für das Andruckpolster,
Fig. 4 einen vergrößert dargestellten
Detail-Querschnitt eines Siegelkopfes, Fig. 5 eine etwas schematisiert dargestellte,
abgewandelte Ausführungsform eines Siegelkopfes und Fig. 6 einen mit seinen zusammengehörigen
Teilen auseinandergezogen dargestellten Siegelkopf.
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tine Siegelvorrichtung, von der im wesentlichen (Fig. 1 und 2) nur
der Siegelkopf 1 dargestellt ist, dient zum dichten Verschließen von Behältern 3.
Dabei wird z.B.
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eine an ihrer Unterseite mit einer Heißsiegelschicht versehene, als
Deckel 4 dienende Aluminiumfolie auf den Offnungsrand 2 des Behälters 3 aufgelegt
und mittels des z.B.
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beheizbaren Siegelkopfes 1 unter Wärmeeinwirkung auf den Offnungsrand
2 aufgedrückt (Heißsiegelung). Die Siegelschicht verbindet dann den Behälter-Offnungsrand
2 mit dem Deckel 4.
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Der Siegelkopf 1 ist im.Ausführungsbeispiel für Behälter mit rundem
Offnungsquerschnitt vorgesehen, Jedoch ist durch eine andere Formgebung auch eine
entsprechende Anpassung an z.B. ovale'oder eckige Offnungsquerschnitte von Behältern
möglich.
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Der Siegelkopf 1 hat beispielsweise einen runden Grundkörper 5, dessen
eine Stirnseite 6 die Andruck- und Siegelfläche 7 aufweist (Fig. 1 und 2). Innerhalb
dieses Grundkörpers 5 ist eine Nut 8 vorgesehen, die ringförmig umläuft. Diese ist
in ihren Abmessungen auf den Offnungsrand 2 des zu versiegelnden Behälters 3 abgestimmt.
Die Nut 8, die als Aufnahmehöhlung 25 für ein Hydraulik-Medium dient, ist zu der
Stirnseite 6 des Grundkörpers 5 hin offen
ausgebildet und dort
durch eine dünne elastische Folie 10 abgedeckt. Die Außenseite dieser Folie 1o bildet
im Bereich der Nut 8 die Beaufschlagungsseite 13 für den Siegelvorgang. Innerhalb
der Ringnut 8 ist, wie schon vorerwähnt, eine Flüssigkeitsfüllung 11 (punktiert)
dicht eingeschlossen. Die Nut 8 mit ihrer elastischen Abdeckfolie lo sowie der Flüssigkeit
11 od.dgl. bilden dadurch ein hydraulisches Andruckpolster 12. Dieses ermöglicht
einerseits durch seine hydraulische Wirkung und auch durch die elastische Folie
10 eine gute Anpassung seiner Beaufschlagungsseite 13 an möglicherweise vorhandene
Unebenheiten des Offnungsrandes 2 eines Behälters 3.
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Um eine genügende Anpassungsfähigkeit der elastischen Folie 10 an
die Oberfläche des Offnungsrandes 2 zu erhalten, ist diese vergleichsweise dünn
ausgebildet. Sie kann eine Dicke von etwa o,o1 mm bis zu etwa 1 mm haben, wobei
bevorzugt eine Foliendicke von 0,06 mm vorgesehen ist. Dies hängt unter anderem
auch von dem verwendeten HydraulikMedium und der sich aus den Größenverhältnissen
der Folie ergebenden Elastizität ab.
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Als Hydraulik-Medium dient grundsätzlich ein Stoff, der zumindest
bei der Siegeltemperatur flüssig oder zumindest pastenförmig od.dgl. ist und gute
Wärmeleiteigenschaften besitzt.
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Beispielsweise kann vorteilhaft Zinn als Hydraulik-Medium eingesetzt
werden. Zinn besitzt eine Schmelztemperatur von 231,90C. Bei diesem Temperaturbereich
ist eine schnelle und sichere Versiegelung insbesondere bei Glasbehältern möglich.
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In Anpassung an den jeweils vorhandenen Heißsiegel-Temperaturbereich
kann das dafür vorgesehene Hydraulik-Medium gewählt werden. Dabei kann dieses auch
Pulver undloder
Granulate,vorzugsweise in Verbindung mit Ol od.dgl.
wärmeleitfähiger Flüssigkeit enthalten. Das Pulver, z.B.
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Metallpulver, übernimmt dabei in erster Linie die Wärmeleitung und
Wärmespeicherung, während das Ol od.dgl. die Verbindung mit den Pulverteilchen bildet
und im wesentlichen den hydraulischen Effekt bewirkt. Auch das Ol od.dgl.
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Flüssigkeit soll dabei eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Neben diesen vorerwähnten Hydraulik-Medien kommen auch andere, vorzugsweise gut
wärmeleitende Werkstoffe, insbesondere niedrig schmelzende Metall-Legierungen in
Frage.
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Es sei erwähnt, daß die Folie lo bei vergleichsweise niedrigen Siegeltemperaturen
- z,B. im Bereich von etwa 1000 C -auch aus Kunststoff sein kann. Bei höheren Siegeltemperaturen
kommt dagegen bevorzugt Metall, insbesondere Edelstahl als Material für die Folie
10 zur Anwendung.
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Die bereits vorerwähnte Nut 8, die z.B. gemäß Fig. 1 und 2 als Ringnut
ausgebildet ist, kann verschiedene Querschnitte aufweisen.
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Fig. 2 zeigt dabei eine Nut 8 mit einem sich zu der Abdeckfolie lo
hin verjüngenden Querschnitt mit Trapezform. Diese Formgebung hat den Vorteil, daß
die Folie 1o bis nahe an die eigentliche Siegelzone mit dem beheizten Grundkörper
5 in Kontakt steht. Dadurch wird dann die Wärme nicht nur über das Hydraulik-Medium,
sondern auch über den metallischen, in der Regel eine bessere Wärmeleitfähigkeit
aufweisenden Grundkörper 5 übertragen. Dies begünstigt durch das schnellere Nachheizen
der Siegelzone eine schnellere Arbeitsfolge.
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Wegen einer günstigen Wärmeübertragung ist auch das soll volumen des
Andruckpolsters 12 klein gehalten, was ebenfalls durch die vorerwähnte Formgebung
der Nut 8 günstig ist.
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Dabei sei jedoch erwähnt, daß das Volumen einen bestimmten Betrag
wegen der Hydraulikfunktion nicht unterschreiten soll.
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Fig. 3 zeigt noch einen kreisabschnittförmigen Querschnitt einer Nut
8, während in Fig. 4 eine im Querschnitt etwa halbkreisförmige Nut 8 vorgesehen
ist. Letztere hat insbesondere den Vorteil der sehr leichten Herstellbarkeit bei
guten Wärmeübertragungseigenschaften.
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Die wesentlichen Einzelteile des Siegelkopfes 1 sind in Fig. t>
in einer Explosions-Darstellung gezeigt. Neben dem bereits erwähnten Grundkörper
5, in dem sich auch die Nut 8 befindet und der Folie 10, sind noch ein Anschlußstück
14, eine Halteplatte 15, ein Haltering 16 sowie ein Kegelkörper 17 erkennbar. Die
etwa kreisringförmige Abdeckfolie 10 ist in dieser Vormontagestellung noch eben.
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Bei der Montage wird zunächst die plane Folie 1o auf die die Nut 8
aufweisende Seite des Grundkörpers 5 aufgelegt und in ihrem Außenbereich durch den
Haltering 16 gegen den Grundkörper 5 mittels Schrauben festgespannt. Dann wird der
Kegelkörper 17 mit seinem zylindrischen Teil 18 durch die Innenlochung 19 der Folie
1o in die zentrale Innenhöhlung 20 eingesetzt, bis der Kegelabschnitt 21 bei dem
Innenrand der ringförmigen Folie 1o anliegt. Die als Spannwiderlager dienende Halteplatte
15 wird dann in eine auf ihre Abmessungen abgestimmte, auf der der Folie 1o gegenüberliegenden
Seite befindlichen Höhlungserweiterung 22 der Innenhöhlung 20 eingesetzt. Durch
Schrauben 23 (Fig. 1 und 2), welche die Halteplatte 15 durchgreifen und in den Kegelkörper
17 einschraubbar sind, wird dann der Kegelkörper 17 in die Innenhöhlung 20 eingezogen.
Der Grundkörper 5 weist an seiner der Folie 1o zugewandten Seite der Innenhöhlung
20 eine kegelige Erweiterung 24 auf, die in ihren Abmessungen etwa denen des Kegelabschnittes
21 des Kegelkörpers 17 entsprechen.
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Der Winkel d zwischen dem Kegelmantel des Kegelkörpers 17 und der
Auflageseite des Siegelkopfes 1 liegt vorzugsweise bei 300. Auch die kegelige Erweiterung
24 weist einen entsprechenden, passenden Kegelwinkel auf.
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Die Folie lo wird beim Einspannen zwischen den kegeligen Flächen der
Innenhöhlung 20 des Grundkörpers 5 sowie dem Kegelabschnitt 21 des Kegelkörpers
17 festgelegt (vgl.
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auch Fig. 4).
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Die vorbeschriebene, kegelige Ausbildung der inneren Einspannstelle
der Folie lo hat nun den Vorteil, daß die Folie lo auch in ihrer radialen Erstreckung
gespannt wird, so daß sie in Funktionsstellung glatt, straff und knitterfrei die
Siegelzone bei der Nut 8 überspannt. Dies ist für eine einwandfreie, dichte Siegelung
von Bedeutung.
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Die für den Siegelvorgang notwendige Wärme kann z.B. durch Gesamterwärmung
des Siegelkopfes 1 oder aber durch eine Erwärmung insbesondere der eigentlichen
Siegelzone erfolgen. Fig. 3 läßt beispielsweise mehrere um die Nut 8 angeordnete
Heizkanäle 27 innerhalb des Grundkörpers 5 erkennen, in die z.B. auch Heizdrähte
od.dgl. eingelegt sein können.
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Insbesondere bei zu verschließenden Gefäßen mit kleinerer Mündungsöffnung
kann die in Fig.5 gezeigte, etwas schematisierte Ausführungsform eines Andruckpolsters
12a zweckmäßig sein. Dabei ist die Aufnahmehöhlung 25 zentral durchgehend ausgebildet,
wobei sich die Folie lo über die gesamte Öffnung von dieser Aufnahmehöhlung 25 erstreckt.
Vorteilhaft ist dabei auch, daß Gefäße mit unterschiedlichen Offnungsquerschnitten
mit einem einzigen Siegelkopf verschlossen werden können.
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Dies gilt in gewissen Grenzen auch für eine ringförmige Nut 8 (Fig.
1), wenn diese in ihren radialen Abmessungen (b) entsprechend dimensioniert ist.
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Erwähnt sei noch, daß die erfindungsgemäße Siegelvorrichtung zwar
bevorzugt für das Aufsiegeln von Verschlußdeckeln
auf Gefäße aus
wärmeunnachgiebigem Material, insbesondere aus Glas geeignet ist; jedoch kann sie
ebenfalls zum Versiegeln von Gefäßen aus z.B. thermoplastischem Material verwendet
werden. Dies macht den erfindungsgemäßen Siegelkopf 1 praktisch universell einsetzbar.
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Insbesondere Fig. 2 läßt noch erkennen, daß die durch die Nut 8 gebildete
Innenhöhlung zur Aufnahme des Hydraulik-Mediums eine Einfüll- und entlüftungsöffnung
26 aufweist.
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Eine insbesondere luftfreie Füllung des Hydraulik-Mediums in der Innenhöhlung
(Nut 8) ist wegen dem vorgesehen hydraulischen Effekt von wesentlicher Bedeutung.
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Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten
Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
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- Patentansprüche -