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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen heizbaren Siegelkopf zum Verschließen
von Hohlgläsern durch Heißsiegeln gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
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Siegelverfahren zum dichten Verschließen von Hohlgläsern z.B. mit
einem Deckel aus Aluminiumfolie sind seit langem bekannt; siehe z.B. FR-A-1332 332800.
Dabei wird ein mit einem Schmelzkleber beschichteter Aluminiumdeckel unter Einwirkung
von Druck und Hitze fest mit einer Hohlglasmündung verklebt. Zur Erhöhung der Festigkeit
der Siegelverbindung ist es auch bereits bekannt, die Verklebung bis über die Flanke
des Glasrand des zu ziehen, so daß selbst unter Überdruck stehende Behälter dauerhaft
versiegelt werden können; siehe z.B.
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DE-C-2 004 190.
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Dem großtechnischen Einsatz des Heißsiegelverfah-
rens für Hohlgläser
stehen trotzdem immer noch eine Reihe von technischen Problemen gegenüber, die einen
Einsatz in nennenswertem Umfang bisher verhindert haben. So besitzt die Oberfläche
des zu versiegelnden Glases, bedingt durch das Formgebungsverfahren, eine gewisse
Rauhigkeit, z.B. mit überstehenden Graten aus den Formgebungswerkzeugen. Darüber
hinaus ist eine exakte Geometrie des Glases nur in gewissen Grenzen reproduzierbar.
Daraus folgt eine sogenannte Ovalität des Glases. d.h. eine Abweichung des Glases
von der exakten Kreisgeometrie. Da der Siegeldruck einseitig durch den Siegelkopf
aufgebracht werden muß, resultiert aus diesen Gegebenheiten die Forderung nach einem
möglichst elastischen Siegelmaterial, um Unebenheiten und Ovalitäten auszugleichen.
Verwendet man übliche Siegelköpfe, z.B. mit einem Gummiprofil, das dem Negativabdruck
der Glasmündung entspricht (siehe z.B. DE-A-3 016 235), besteht insbesondere bei
Ovalität des Glases während des Siegelvorgangs die Gefahr eines Festklemmens des
Glases in dem Gummiprofil und des Abziehens des frisch gesiegelten Deckels beim
Abheben des Siegelkopfes.
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Die zur Heißversiegelung von Hohlglasbehältern eingesetzten Siegelfolien
erfordern in der Regel relativ hohe Siegeltemperaturen. Zur Erzielung einer festen
Verbindung zwischen dem Siegelpolymer und der Glasoberfläche ist es erforderlich,
die Glasoberfläche bis zum Erweichungspunkt des Siegelharzes zu erhitzen.
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Daraus resultiert für den Siegelkopf die Forderung nach einer möglichst
hohen Wärmeleitfähigkeit. Zur Erzeugung der erforderlichen Temperaturen auf der
Glasoberfläche verwendet man z.B. Siegelköpfe mit Siegelmanschetten aus Silikonkautschuk,
wobei werkstoffbedingt eine Temperaturobergrenze von im allgemeinen 200° C gesetzt
ist.
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Bei dem in der DE-A-3 139 639 beschriebenen Siegelkopf wird eine
Siegelmanschette aus feinmaschigem Drahtgeflecht verwendet. Hierdurch können sehr
hohe Siegeltemperaturen bis über 300"C realisiert werden, jedoch ist die dichte
Versiegelung rauherer Partien der Glasmündung mangels ausreichender Elastizität
problematisch. Der denkbare Ausweg, die Schmelzkleberschicht dicker zu machen, verteuert
das Verfahren und macht es unwirtschaftlich.
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Ziel der Erfindung ist es daher, einen Siegelkopf zum Verschließen
von Hohlgläsern bereitzustellen, der in großtechnischem Maßstab zur kontinuierlichen
Heißversiegelung von Hohlglasbehältern geeignet ist, durch Verwendung einer elastischen
Siegelmanschette eine exakte Anpassung an die zu versiegelnde Glasmündung und einen
Ausgleich der Glasovalitäten gestattet, jedoch ein Festklemmen des Glases in der
Siegelmanschette oder ein Abziehen des frisch gesiegelten Dekkels beim Abheben des
Siegelkopfes vermeidet, sowie eine gute Wärmeübertragung auf die Siegelpolymerschicht
und den Glasrand auch in den Glasrand-Flankenbereichen gewährleistet.
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Gegenstand der Erfindung ist ein heizbarer Siegelkopf zum Verschließen
von Hohlgläsern durch Heißsiegeln mit einer ein- oder mehrstückigen Fassung aus
wärmeleitendem, druckfestem Material, die eine Siegelmanschette aus elastischem
Material umschließt, welche eine Andruckfläche zur Auflage auf den zu verschließenden
Glasrand aufweist und in der ein hydraulisches Andruckpolster aus wärmeleitendem
flüssigem oder plastischem Material vorgesehen ist, der dadurch gekennzeichnet ist,
daß die Fassung die Siegelmanschette derart umschließt, daß eine plastische Verformung
der
Siegelmanschette nur in dem Randbereich der gegenüber der Stirnseite der Fassung
kegelstumpfartig zurückversetzten Andruckfläche möglich ist, wobei der Neigungswinkel
des Kegelstumpfmantel-Abschnitts der Andruckfläche um einen Winkel a größer ist
als der Neigungswinkel der Flanke des zu verschließenden Glasrandes, und daß sich
das hydraulische Andruckpolster radial außerhalb der Andruckfläche, jedoch in wärmeleitender
Beziehung zu ihr, in der Siegelmanschette befindet.
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Durch die spezielle Geometrie der Siegelmanschette des erfindungsgemäßen
Siegelkopfes wird ein Festklemmen der zu versiegelnden Glasmündung und ein Abziehen
des frisch gesiegelten Deckels beim Abheben des Siegelkopfes wirksam vermieden.
Zu diesem Zweck ist der Kreisdurchmesser der Andruckfläche im kalten Zustand der
Siegelmanschette grösser, vorzugsweise etwa 5% größer als der Durchmesser des Öffnungsrandes
des zu verschließenden Hohlglases. Der Differenzwinkel a zwischen dem Neigungswinkel
des Kegelstumpfmantel-Abschnitts der Andruckfläche und dem Neigungswinkel der Flanke
des zu verschließenden Glasrandes liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10°.
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Das in der Siegelmanschette radial außerhalb der Andruckfläche vorgesehene
hydraulische Andruckpolster enthält ein gut wärmeleitendes flüssiges oder plastisches
Material und steht in wärmeleitender Verbindung mit der Heizeinrichtung des Siegelkopfes.
Das Andruckpolster ist im allgemeinen als ringförmige Nut oder ähnliche Aushöhlung
von z.B. rechteckigem, trapezförmigem oder halbkreisförmigem Querschnitt in der
Siegelmanschette ausgebildet und erstreckt sich vorzugsweise von der Oberseite der
Siegelmanschette bis unterhalb des Niveaus der Andruckfläche. Hierdurch wird eine
gute Wärmeübertragung bei der Glasrand-Flankensiegelung erzielt.
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Während des Siegelvorgangs erfolgt beim Absenken des Siegelkopfes
eine Pressung der elastisch verformbaren Siegelmanschette durch den zu versiegelnden
Glasrand. Da die Siegelmanschette allseitig, mit Ausnahme der Andruckfläche, druckfest
von einer Metallfassung umschlossen ist, wird der Kraftfluß unter Mitwirkung des
hydraulischen Andruckpolsters zu dem Kegel stumpfmantel-Abschnitt der Andruckfläche
gelenkt, wo sich die Manschette um den Winkel a verformt und den zu siegelnden Deckelverschluß
ohne Scherung auf die Glasrandflanke preßt. Nach Beendigung des Siegelvorgangs erfolgt
bei Druckentlastung ein Abheben der Siegelmanschette in umgekehrter Richtung um
den Winkel a; d.h. die Siegelmanschette geht wieder in ihre Ausgangslage zurück
und gibt das Siegelgut samt Verschluß frei. Durch diesen Verformungsmechanismus
wird bei der Flankensiegelung vermieden, daß das Glas aufgrund von Ovalitäten festklemmen
kann.
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Um einen besonders festen Verschluß des Siegelgutes zu erzielen,
kann am unteren Ende des Kegelstumpfmantel-Abschnitts der Andruckfläche ein Bördelwulst
vorgesehen werden, der die Deckelfolie während des Siegelvorgangs um die Glasrandflanke
umbördelt.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen schematischen
Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Siegelkopfes; Fig.
2 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Siegelkopfes
in Explosionsdarstellung; Fig.3a eine vergrößerte schematische Ansicht des Details
A in Fig. 2 zu Beginn des Siegelvorgangs mit kalter Siegelmanschette; Fig. 3b eine
vergrößerte schematische Ansicht des Details A in Fig. 2 während des Siegelvorgangs
mit warmer Siegelmanschette; Fig. 3c eine vergrößerte schematische Ansicht des Details
A in Fig. 2 während des Siegelvorgangs mit druckbeaufschlagter Siegelmanschette.
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In Fig. list ein Siegelkopf 1 dargestellt, der eine Fassung 2, eine
Siegelmanschette 3 und eine Heizeinrichtung 6 umfaßt. Die Fassung 2 besteht aus
einem wärmeleitendem Material, im allgemeinen einem Metall, wobei Aluminium oder
Edelstahl bevorzugt sind. Die Fassung 2 kann einstückig sein und zu diesem Zweck
z.B. aus Aluminium gegossen werden. Sie kann aber auch aus zwei oder mehreren Einzelteilen
bestehen, die miteinander verschraubt oder auf andere Weise verbunden sind.
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Beispielsweise kann eine zentrale Auflageplatte 4 über ein Isolierteil
5, das als Abstandhalter dient, mit der übrigen Fassung 2 verschraubt sein. In der
Auflageplatte 4 kann eine (nicht gezeigte) Kühleinrichtung vorgesehen werden, die
es ermöglicht, den Mittelbereich des aufzusiegelnden Verschlußdeckels während des
Siegelvorgangs zu kühlen und so eine Druckerhöhung im Innenraum des Behälters während
des Versiegelns zu verhindern.
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Die Siegelmanschette 3 besteht aus einem elastischem Material mit
hoher Reißfestigkeit bzw. Weiterreißfestigkeit und einer Wärmeformbeständigkeit
bis mindestens etwa 200dz. Ein bevorzugtes Material für die Siegelmanschette 3 ist
Silikonkautschuk.
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In die Siegelmanschette 3 ist in wärmeleitender Verbindung zur Fassung
2 ein hydraulisches Andruckpolster 7 in Form einer ringförmigen Nut mit trapezförmigem
Querschnitt eingelassen. Das Andruckpolster 7 enthält ein gut wärmeleitendes flüssiges
oder plastisches Material, das bei der Arbeitstemperatur keinen zu hohen Dampfdruck
entwickelt, z.B. niedrig-schmelzende Metalle oder Metallegierungen, wie Zinn-Lot,
Wood-Metall, Lipowitz-Legierung oder Rose-Legierung, Elastomere, z.B. auf Silikonbasis,
niedrig-vernetzten Silikonkautschuk, Wachse, Hydrauliköle oder Silikonöle.
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Der Inhalt des hydraulischen Andruckpolsters 7 ist durch Dichtungslippen
8 abgedichtet.
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In Fig. 1 ist der Siegelkopf 1 in Ruhestellung, d.h. ohne Druckbeaufschlagung
des zu versiegelnden Glasbehälterrandes 10, dargestellt. In diesem Zustand ist deutlich
der Bördelwulst 11 am unteren Ende der Andruckfläche 9 erkennbar.
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Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Siegelkopfes
in Explosionszeichnung.
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Dargestellt sind ein Metallgehäuse 20 mit einer Heizeinrichtung 60
und einem Thermoelement 61. In das Metallgehäuse 20 ist eine Siegelmanschette 3
von ähnlicher Struktur wie in Fig. 1 eingesetzt, die ein hydraulisches Andruckpolster
7 in Form einer ringförmigen Nut aufweist. Zur Befestigung der Siegelmanschette
3 in dem Metallgehäuse 20 dienen eine Auflageplatte 40 mit Mittelschraube 41 sowie
eine Einspannplatte 21 mit einer zentralen Öffnung, an der der Andruckbereich der
Siegelmanschette 3 und die Auflageplatte 40 freiliegen. Die Auflageplatte 40 weist
an der Außenseite eine konkave Aushöhlung 42 auf, die bei der Versiegelung von heiß
abgefüllten Gütern den nach außen gewölbten Verschlußdeckel aufnimmt. Bei der Kaltabfüllung
ist eine derartige konkave Aushöhlung 42 der Auflageplatte 40 nicht notwendig.
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Der dargestellte Aufbau des Siegelkopfes ermöglicht ein leichtes
Zusammenbauen und Auseinandernehmen sowie Reinigen des Siegelkopfes. Ferner ist
die Siegelmanschette 3 leicht auswechselbar.
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Fig. 3a zeigt das Detail A von Fig. 2 in vergrößerter Darstellung.
Die Siegelmanschette 3 befindet sich im kalten Zustand und es ist erkennbar, daß
der Kreisdurchmesser der Andruckfläche 9 größer ist als der Durchmesser des Öffnungsrandes
des zu verschließenden Glasbehälters. Das optimale Manschettenprofil hängt vom Manschettenmaterial
und der Betriebstemperatur ab und wird in der Praxis durch orientierende Versuche
ermittelt. Zwischen dem Kegelstumpfmantel-Abschnitt der Andruckfläche 9 und der
Flanke des zu versiegelnden Glasrandes besteht ein Winkel a von vorzugweise 2 bis
10". Der Winkel a läßt sich durch eine (nicht dargestellte) Stellschraube, mit der
Druck auf die Siegelmanschette 3 ausgeübt wird, leicht einstellen.
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In Fig. 3b ist die Siegelmanschette in betriebswarmem Zustand und
in Fig. 3c während des Siegelvorgangs unter Druckbeaufschlagung dargestellt.
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Der erfindungsgemäße Siegelkopf hat gegenüber herkömmlichen Siegelköpfen
den Vorteil, daß er im großtechnischen Einsatz eine problemlose Flankensiegelung
von Glasbehältern ermöglicht, ohne daß diese nach Abschluß des Siegelvorgangs eingeklemmt
oder die aufgesiegelten Verschlußdeckel wieder abgezogen werden. Gegenüber bekannten
starren Siegelköpfen aus Drahtgeflecht können wesentlich dünnere Schmelzkleberschichten
angewandt werden (etwa 10 um gegenüber 50 um bei Drahtgeflecht-Siegelköpfen) und
aufgrund des besseren Wärmeübergangs sind niedrigere Siegeltemperaturen als bei
Drahtgeflecht-Siegelköpfen möglich. Versuche mit Heißsiegelfolien für hohe Siegeltemperaturen
(z.B. Surlyn) ergaben, daß gegenüber starren Siegelköpfen aus Drahtgeflecht um bis
zu 100"K niedrigere Siegeltemperaturen ausreichen.
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